Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας

Την εργασία επιμελήθηκαν οι μαθητές της ομάδας Περιβαλλοντικής Αγωγής, Δερμεδεσιώτης Γιώργος, Θωμαϊδης Νίκος και Σαμουλαδάς Βασίλης των τμημάτων Γ3, Γ4

Ο όρος "Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας" καλύπτει τις μορφές ενέργειας που με φυσικές διεργασίες ανανεώνονται - επαναλαμβάνονται στο περιβάλλον και μπορούν να χαλιναγωγηθούν με σκοπό την αξιοποίηση τους από τον άνθρωπο. Οι κύριες αιτίες δημιουργίας όλων των Α.Π.Ε. είναι ο ήλιος, η βαρύτητα και η περιστροφή της γης. Όμως, όπως παραστατικά φαίνεται στην Εικόνα 4.24 η ηλιακή ενέργεια είναι η αρχέγονος ενέργεια που τροφοδοτεί τις άλλες μορφές ενέργειας, όπως είναι η υδραυλική ενέργεια (υδροηλεκτρική), η αιολική ενέργεια και η βιομάζα (φωτοσύνθεση). Οι Α.Π.Ε. είναι οι πρώτες μορφές ενέργειας που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος και οι σχεδόν αποκλειστικές πηγές ενέργειας μέχρι πρακτικά τις αρχές του προηγούμενου αιώνα, πριν στραφεί έντονα στη χρήση του άνθρακα και του πετρελαίου. Στη σύγχρονη κοινωνία, το ενδιαφέρον για την ανάπτυξη τεχνολογιών και την ευρύτερη αξιοποίηση των Α.Π.Ε. παρουσιάσθηκε μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση του 1973, ενισχύθηκε μετά τη δεύτερη κρίση του 1979 και παγιώθηκε την τελευταία δεκαετία μετά τη συνειδητοποίηση των παγκόσμιων περιβαλλοντικών προβλημάτων. Οι Α.Π.Ε. για πολλές χώρες συνιστούν μια εγχώρια πηγή ενέργειας με δυνατότητες ανάπτυξης σε εθνικό και τοπικό επίπεδο. Συνεισφέρουν σημαντικά στο ενεργειακό ισοζύγιο μιας χώρας συμβάλλοντας στη μείωση της εξάρτησης από το εισαγόμενο πετρέλαιο και στην ενίσχυση της ασφάλειας του ενεργειακού της εφοδιασμού. Παράλληλα, συντελούν και στην προστασία του περιβάλλοντος, καθώς έχει πλέον διαπιστωθεί ότι ο ενεργειακός τομέας ευθύνεται κατά κύριο λόγο για τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Πραγματικά, σχεδόν το 95% της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και ένα σημαντικό μέρος της θερμικής ρύπανσης οφείλονται στην παραγωγή, στο μετασχηματισμό και στη χρήση των συμβατικών καυσίμων (άνθρακες και πετρέλαιο). Εκτός από τα βασικά πλεονεκτήματα των Α.Π.Ε., που ήδη αναφέρθηκαν, υπάρχουν και άλλα, όπως είναι τα εξής : • Είναι διάσπαρτες γεωγραφικά, άρα οδηγούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος με αποτέλεσμα τη μείωση των απωλειών από την μεταφορά ενέργειας. •Έχουν συνήθως χαμηλό λειτουργικό κόστος που δεν επηρεάζεται από τις διακυμάνσεις της διεθνούς οικονομίας και ειδικότερα των τιμών των συμβατικών καυσίμων. • Οι επενδύσεις των Α.Π.Ε. δημιουργούν πολλές θέσεις εργασίας, ιδιαίτερα σε τοπικό επίπεδο. • Μπορούν να συντελέσουν στην αναζωογόνηση, οικονομικά και κοινωνικά, υποβαθμισμένων περιοχών και να αποτελέσουν πόλο για την τοπική ανάπτυξη. • Δίνουν τη δυνατότητα επιλογής της κατάλληλης μορφής ενέργειας που είναι προσαρμοσμένη στις ανάγκες του χρήστη (π.χ. ηλιακή ενέργεια για θερμότητα χαμηλών θερμοκρασιών έως αιολική ενέργεια για ηλεκτροπαραγωγή). Έτσι επιτυγχάνεται ορθολογικότερη χρησιμοποίηση των ενεργειακών πόρων. Υπάρχουν όμως και ορισμένα χαρακτηριστικά που δυσχεραίνουν την αξιοποίηση τους, όπως αυτά που αναφέρονται στη συνέχεια : • Το διασπαρμένο δυναμικό τους είναι δύσκολο να συγκεντρωθεί σε μεγάλα μεγέθη ισχύος, να μεταφερθεί και να αποθηκευθεί. • Έχουν διακυμάνσεις στη διαθεσιμότητά τους, άρα απαιτούν την εφεδρεία άλλων ενεργειακών πηγών (υβριδικά συστήματα). • Έχουν χαμηλή πυκνότητα ισχύος και συνεπώς απαιτούνται συχνά εκτεταμένες εγκαταστάσεις (π.χ. Αιολικά Πάρκα). • Το κόστος επένδυσης για την εγκατάσταση μιας μονάδας Α.Π.Ε. είναι συνήθως υψηλό. ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Αποτελέσματα των πυρηνικών αντιδράσεων στο εσωτερικό του ήλιου είναι η εκ- πομπή ενέργειας με μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τμήματα αυτής της ενέργειας είναι το ηλιακό φως (ορατό), η υπεριώδης ακτινοβολία και η υπέρυθρη ακτινοβολία. Στο εσωτερικό του ήλιου η θερμοκρασία υπολογίζεται σε εκατομμύρια βαθμούς, ενώ στην επιφάνειά του γύρω στους 5700 °C. Η γη δέχεται ένα μικρό ποσοστό της ενέργειας που εκπέμπει ο ήλιος στο διάστημα. Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας ανά δευτερόλεπτο (ηλιακή ισχύς) εκτιμάται γύρω στα 150.000 GW και είναι 800 φορές πε- ρίπου μεγαλύτερη από την ενέργεια η που παράγεται από την καύση των γνωστών αποθεμάτων πετρελαίου. Η μέση ισχύς ανά μονάδα επιφανείας που δέχεται η γη από τον ήλιο ανέρχεται σε 1300 W/m2. Η ηλιακή ενέργεια έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα : α) είναι πηγή ενέργειας που δεν επιβαρύνει το περιβάλλον β) βρίσκεται σε αφθονία και είναι ανεξάντλητη γ) συναντάται σχεδόν σε όλα τα σημεία του πλανήτη Όμως έχει και τα εξής μειονεκτήματα : α) είναι περιοδική (ημέρα - νύχτα) β) έχει διακυμάνσεις λόγω μετεωρολογικών φαινομένων γ) έχει μικρό βαθμό απόδοσης στη μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια (12-18%) Προκειμένου να ικανοποιηθούν βασικές ενεργειακές ανάγκες, είναι απαραίτητο να μετατραπεί η ηλιακή ενέργεια σε άλλες μορφές ενέργειας. Οι περισσότερο διαδεδο- μένοι τρόποι μετατροπής είναι: • μετατροπή σε θερμότητα • μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Εισαγωγή Ο άνεμος από πολύ παλιά αποτέλεσε για τον άνθρωπο σημαντική πηγή ενέργειας. Η χρήση του για την περιστροφή των ανεμόμυλων ή την προώθηση ιστιοφόρων πλοίων ήταν πολύ συνηθισμένη και αποτέλεσε την πρώτη προσπάθεια για μετατροπή του αιολικού δυναμικού σε ωφέλιμη ισχύ. Αιτία της πρόκλησης των ανέμων αποτελούν οι θερμοκρασιακές διαφορές, οι οποίες δημιουργούνται στην επιφάνεια της γης λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας (η ενέργεια που δαπανάται για την πρόκληση των ανέμων είναι περίπου το 2% της συνολικής ενέργειας που δέχεται η γη από τον ήλιο). Πιο συγκεκριμένα, η άνιση ποσότητα ηλιακής ενέργειας που δέχονται τα μέρη κοντά στον ισημερινό σε σχέση με τις πολικές περιοχές δημιουργούν ρεύματα ψυχρού αέρα από τους πόλους προς τις πιο ζεστές περιοχές του πλανήτη. Εγκατεστημένη αιολική ισχύς σε διάφορες χώρες το 1997 (σε MW) Έτος Αιολική ισχύς 1987 1.450 1989 1.730 1991 2.170 1993 2.990 1995 4.821 1997 7.392 1. Γερμανία 2.081 2. ΗΠΑ 1.611 3. Δανία 1.116 4. Ινδία 940 5. Ισπανία 512 6. Ολλανδία 329 7. Βρετανία 328 8. Κίνα 146 9. Σουηδία 122 10. Ιταλία 103 11. Ελλάδα 29 12. Καναδάς 25 13. Ιαπωνία 18 14. Γαλλία 13 15. Αυστραλία 11 16. Ρωσία 5 17. Βραζιλία 3 Μετρήσεις αιολικού δυναμικού στη χώρα μας. Τοποθεσία Μέση Ταχύτητα (m/s) Χρονική Περίοδος Μετρήσεων Άνδρος 9.7 81-90 Τήνος 9.5 87-90 Σύρος 8.1 88-90 Κρήτη 8.1 81-93 Λέσβος 8.7 87-90 Σάμος 10.4 88-90 Εύβοια 9.2 89-90 Σαμοθράκη 8.8 88-89 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Εισαγωγή Η διάπυρη σφαίρα που κάποτε ήταν η γη δεν έχει ψυχθεί ακόμα στο εσωτερικό της. Θερμοί πίδακες νερού, ατμών ή και αερίων, θερμές πηγές και εκρήξεις ηφαιστείων προδίδουν την δραστηριότητα που υπήρχε και υπάρχει στο εσωτερικό του πλανήτη. Η χρήση των θερμών νερών για θεραπευτικούς σκοπούς ήταν γνωστή εδώ και χι- λιάδες χρόνια σε όλο τον κόσμο (Αρχαία Ελλάδα, Ιταλία, Ιαπωνία, Ινδίες). Στην χώρα μας υπάρχουν πλήθος ιαματικές πηγές, που τις συναντά κανείς από τη Θράκη ως την Πελοπόννησο και από τα νησιά του Ανατολικού Αιγαίου ως τη Στερεά Ελλάδα. Βέβαια εκτός από τις θεραπευτικές τους ιδιότητες τα "ζεστά νερά", ή καλύτερα, τα γεωθερμικά ρευστά μπορούν να αξιοποιηθούν και για ενεργειακή πηγή, η οποία με τα σημερινά τεχνολογικά δεδομένα μπορεί να καλύψει σημαντικές ενεργειακές ανάγκες. Η διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στον πυρήνα (όπου υπερβαίνει τους 3000 °C) και την επιφάνεια της γης έχουν ως αποτέλεσμα συνεχή θερμική ροή με μέση τιμή 60mW/m2. Επίσης, από τη φυσική μεταστοιχείωση ορισμένων ραδιενεργών πετρωμάτων, όπως είναι τα γρανιτικά, παράγεται μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας. Σε πολλές περιοχές παρουσιάζονται σημαντικές αποκλίσεις αλλά αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι στο μεγαλύτερο μέρος της χώρας μας η θερμική ροή είναι υψηλότερη από τη μέση γήινη. Η συνεχής αυτή θερμική ροή συνεπάγεται συνεχή απώλεια θερμότητας, η οποία φτάνει τα 10,9 x 1020 kJ το χρόνο. Θερμικές απώλειες, που είναι εξαιρετικά σημαντικές σε ορισμένες περιοχές, προκαλεί και η ηφαιστειακή δράση. ΒΙΟΜΑΖΑ Βιομάζα είναι ό,τι άμεσα ή έμμεσα προέρχεται από το φυτικό κόσμο. Ειδικότερα βιομάζα είναι υλικά υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, τα υποπροϊόντα από τη βιομηχανική επεξεργασία αυτών, τα αστικά λύματα και σκουπίδια καθώς και οι φυσικές ύλες από οικοσυστήματα ή ενεργειακές καλλιέργειες, όπως αυτοφυή φυτά, σόργο, ευκάλυπτο και άλλα. Σε αντιδιαστολή με τη βιομάζα, ο όρος βιοκαύσιμα περιλαμβάνει τη βιοαιθανόλη που παράγεται από ζυμώσεις σακχάρων, αμύλου και κυτταρίνης, τη βιομεθανόλη που παράγεται με θερμοχημική μετατροπή της βιομάζας, το βιοντήζελ που παράγεται από σπορέλαια και το βιέλαιο, που παράγεται με θερμοχημική μετατροπή της βιομάζας σε υγρό καύσιμο. Η βιομάζα αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη ενεργειακή πηγή και έρχεται να καλύψει τα ταχέως εξαντλούμενα αποθέματα του πετρελαίου και των ορυκτών ανθράκων, ενώ έχει πολλούς υποστηρικτές από αυτούς που πιστεύουν ότι η χρήση των πυρηνικών καυσίμων εγκυμονεί μόνο κινδύνους. Το βασικό της πλεονέκτημα προέρχεται από το γεγονός ότι είναι μία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας σε αφθονία. Η βιομάζα που παράγεται παγκοσμίως υπολογίζεται 172 δις τόνους ξηρού υλικού το χρόνο με δυνατότητα παραγωγής ενέργειας δεκαπλάσιας εκείνης που καταναλώνεται σε όλο τον κόσμο. Στα πλεονεκτήματα από τη χρήση της θα πρέπει να συνυπολογισθούν η μη παραγωγή CO2 και SO2, όπως συμβαίνει στους ορυκτούς άνθρακες με τις γνωστές αρνητικές συνέπειες της μόλυνσης του περιβάλλοντος και του φαινομένου του θερμοκηπίου. Άλλα πλεονεκτήματα είναι η μείωση της ενεργειακής εξάρτησης που συνεπάγεται η εισαγωγή καυσίμων από τρίτες χώρες, η εξοικονόμηση συναλλάγματος καθώς και η συγκράτηση του πληθυσμού στις γεωργικές περιοχές μέσα από την εξασφάλιση εργασίας. Τα μειονεκτήματα που συνδέονται με τη χρησιμοποίηση της βιομάζας είναι τα εξής : • Μεγάλος όγκος και μεγάλη περιεκτικότητα υγρασίας ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας. • Δυσκολία στη συλλογή, στη μεταποίηση, στη μεταφορά και στην αποθήκευση έναντι των ορυκτών καυσίμων. • Δαπανηρότερες εγκαταστάσεις και εξοπλισμός αξιοποίησης της βιομάζας. • Μεγάλη διασπορά και εποχιακή παραγωγή της. Εξαιτίας των παραπάνω μειονεκτημάτων, πολλές φορές το κόστος της βιομάζας παραμένει υψηλό συγκριτικά με το πετρέλαιο. Το πρόβλημα πάντως αυτό βαθμιαία εξαφανίζεται λόγω της ανόδου της τιμής του πετρελαίου και των περιβαλλοντικών προβλημάτων που προκαλούνται από την καύση του. Η βιομάζα είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών ορ- γανισμών (υπολείμματα δασοπονίας, βιομηχανίας ξύλου, γεωργικών καλλιεργειών) που μετασχηματίζουν την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά μετασχηματισμών. Οι βασικές πρώτες ύλες για αυτό είναι νερό, ανόργανα άλατα και CO2, που αφθονούν στη φύση. Από τη στιγμή που η βιομάζα έχει σχηματισθεί είναι δυνατόν πλέον να χρησιμοποιη- θεί ως πηγή ενέργειας. Η βιομάζα μπορεί να αξιοποιηθεί για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών (θερμό- τητα, ψύξη, ηλεκτρισμός κ.α.). Οι τρόποι που εφαρμόζονται για τη μετατροπή της σε ενέργεια είναι η πυρόλυση, η αεριοποίηση, η απευθείας καύση αλλά και η εφαρμογή βιομηχανικών διεργασιών αλκοολικής, αερόβιας καθώς και αναερόβιας ζύμωσης για την μετατροπή της σε αέρια, υγρά ή στερεά καύσιμα. Επειδή η αξιοποίηση της βιομάζας αντιμετωπίζει συνήθως τα μειονεκτήματα της με- γάλης διασποράς, του μεγάλου όγκου και των δυσχερειών συλλογής-μεταποίησης-με- ταφοράς-αποθήκευσης, επιβάλλεται σε τέτοιες περιπτώσεις η αξιοποίησή της να γίνε- ται κοντά στον τόπο της παραγωγής της. Ετσι η βιομάζα μπορεί ευχερέστατα να χρη- σιμοποιηθεί για : • θέρμανση θερμοκηπίων. • θέρμανση κτηνοτροφικών μονάδων. • ξήρανση γεωργικών προϊόντων. •κάλυψη αναγκών θερμότητας ψύξης και ηλεκτρισμού σε γεωργικές περιοχές καθώς και σε γεωργικές ή και άλλες βιομηχανίες που βρίσκονται κοντά σε περιοχές παραγωγής βιομάζας. • παραγωγή υγρών καυσίμων μεταφορών. Οι δύο τελευταίες χρήσεις φαίνεται ότι θα αποτελέσουν μελλοντικά τους κύριους τομείς αξιοποίησης των πολύ μεγάλων ποσοτήτων βιομάζας από γεωργικά και δασικά υπολείμματα καθώς και ενός σημαντικού μέρους της βιομάζας των ενεργειακών καλλιεργειών. Όπως φαίνεται, η σύγχρονη διεθνής τάση που ακολουθείται και στη χώρα μας δεν είναι η άντληση της βιομάζας από γεωργικά και δασικά υπολείμματα μόνο, αλλά η ανάπτυξη ενεργειακών καλλιεργειών από τις οποίες μπορούμε να παράγουμε μεγάλες ποσότητες βιομάζας με σκοπό την τελική παραγωγή βιοκαυσίμων μεταφορών. ΤΕΛΟΣ ΠΗΓΕΣ: http://ebooks.edu.gr/modules/ebook/show.php/DSGL-C124/54/418,1554/ ΤΟ ΘΕΜΑ ΕΠΙΜΕΛΗΘΗΚΑΝ ΟΙ ΜΑΘΗΤΕΣ : ΔΕΡΜΕΔΕΣΙΩΤΗΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΘΩΜΑΪΔΗΣ ΝΙΚΟΣ ΚΑΙ ΣΑΜΟΥΛΑΔΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ