Το μέλλον των ΑΠΕ στηρίζεται στην αντλησιοταμίευση

H αιολική ενέργεια παρουσιάζει αλματώδη ανάπτυξη παγκοσμίως τις τελευταίες δεκαετίες γεγονός που την καθιστά ως την πλέον εμπορική και οικονομικά ανταγωνιστική τεχνολογία ΑΠΕ. Ήδη πολλές χώρες μεταξύ αυτών η Δανία και η Ισπανία, πρωτοπόρες όσων αφορά στη διείσδυση των ΑΠΕ στην παραγωγή ενέργειας, συμμετέχουν στην παραγωγή ενέργειας από αιολικά στην ηλεκτροπαραγωγή κατά 24% και 17% αντίστοιχα ετησίως. Στην Ελλάδα επίσης η αιολική ενέργεια είναι η περισσότερο διαδεδομένη και εφαρμόσιμη τεχνολογικά σε μεγάλες ως επί το πλείστον εγκαταστάσεις ενώ προσφέρει στο ενεργειακό ισοζύγιο κατά...


περίπου 7% (επί συνόλου 15% διείσδυση των ΑΠΕ στο Ενεργειακό ισοζύγιο το 2010, πηγή: ΥΠΕΚΑ/ ΕΘΝΙΚΟΙ ΔΕΣΜΕΥΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ & ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΑΠΕ). Βεβαία η περίσσεια ενέργειας από τα αιολικά σε πολλές περιπτώσεις παραμένει αναξιοποίητη λόγω τεχνικών περιορισμών αλλά και της διαφοράς φάσης μεταξύ παραγωγής και ζήτησης. Μεγάλο πλεονέκτημα της Ελλάδας, λόγω του γεωγραφικού της ανάγλυφου, στηρίζεται στο γεγονός ότι υπάρχουν πολλοί υδροηλεκτρικοί σταθμοί μεγάλης ισχύος που διευκολύνουν τη μεταβλητότητα της ζήτησης. Επομένως κρίνεται αναγκαίος ο συγκερασμός της τεχνολογίας της υδροηλεκτρικής παραγωγής με την παραγωγή από αιολική ενέργεια με σκοπό την εξομάλυνση του φορτίου ζήτησης αφενός κα αφετέρου την καλύτερη διαχείριση της περίσσειας ενέργειας σε χαμηλές αιχμές φορτίου.

Η αντλησιοταμίευση (ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΤΑΜΙΕΥΣΗ ΥΔΑΤΩΝ) αποτελεί την πιο ελκυστική μέθοδο αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας (100MW – 5000 MW) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με αιολικά πάρκα τόσο σε διασυνδεδεμένα όσο και σε αυτόνομα συστήματα. Η πιο γενική συγκρότηση ενός συστήματος αντλησιοταμίευσης (pumped hydro storage system) περιλαμβάνει δύο ταμιευτήρες νερού που έχουν υψομετρική διαφορά της τάξης των εκατοντάδων μέτρων, έναν αριθμό υδροστροβίλων με τις αντίστοιχες ηλεκτρικές γεννήτριες, έναν αριθμό αντλιών με τους αντίστοιχους ηλεκτρικούς κινητήρες, καθώς και ένα σύστημα ελέγχου.

Το βασικότερο πλεονέκτημα της αντλησιοταμίευσης είναι ότι παρέχει εγγυημένη ισχύ στο δίκτυο και γρήγορα (δεδομένου ότι οι υδροστρόβιλοι έχουν άμεση απόκριση), γεγονός που παρέχει δυνατότητα υποκατάστασης της συμβατικής ισχύος, δυνατότητα που δεν έχουν οι ΑΠΕ λόγω της μεταβλητής φύσης τους . Έτσι, δίνεται η δυνατότητα αύξησης της αιολικής διείσδυσης και της διείσδυσης ΑΠΕ γενικότερα σε νησιωτικά συστήματα, που διαφορετικά περιορίζεται από τα όρια τεχνικού ελαχίστου και δυναμικής απόκρισης. Από την άλλη μεριά, τα σημαντικότερα μειονεκτήματα της αντλησιοταμίευσης είναι οι γεωγραφικοί, γεωλογικοί και περιβαλλοντικοί περιορισμοί που σχετίζονται με τη σχεδίαση των ταμιευτήρων, το υψηλό κόστος επένδυσης και οι μακροί χρόνοι υλοποίησης.

Τα επίπεδα αιολικής διείσδυσης στα ελληνικά νησιά παραμένουν ακόμη χαμηλά, παρά το υψηλό αιολικό τους δυναμικό, λόγω των περιορισμών ισχύος που επιβάλλονται στα αιολικά πάρκα εξαιτίας των συμβατικών μονάδων παραγωγής. Ένας αποτελεσματικός τρόπος αύξησης της αιολικής διείσδυσης είναι μέσω της τεχνολογίας των υβριδικών συστημάτων, τα οποία αποτελούν συνδυασμό σταθμού παραγωγής από ΑΠΕ και διατάξεων αποθήκευσης της ενέργειας που μέχρι τώρα απορριπτόταν. 

Ένας τυπικός υβριδικός σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση αιολικής ενέργειας και αντλησιοταμίευσης περιλαμβάνει τα ακόλουθα υποσυστήματα : 

• Το αιολικό πάρκο, που αποτελεί τη μη ελεγχόμενη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ, 

• Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, δηλαδή το αντλιοστάσιο, τους αγωγούς αναρρόφησης και κατάθλιψης, και τους ταμιευτήρες με την κατάλληλη υψομετρική διαφορά μεταξύ τους,

• Το σύστημα των υδροστροβίλων που θα αποτελεί την ελεγχόμενη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας του συστήματος,

• Τα συστήματα ελέγχου, 

• και τα συστήματα μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. 

Tα υβριδικά συστήματα μπορούν να εκμεταλλευτούν το πλούσιο αιολικό δυναμικό των νησιών. Επίσης σε αρκετές περιπτώσεις νησιών (όταν το επιτρέπει η τοπογραφία) μπορεί να χρησιμοποιηθούν οι υπάρχουσες λίμνες, που έχουν κατασκευαστεί για αρδευτικούς-υδρευτικούς σκοπούς. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι σε μικρή απόσταση και με ικανή υψομετρική διαφορά να μπορεί να κατασκευαστεί η δεύτερη, συνήθως άνω δεξαμενή. 

Η φιλοσοφία των υβριδικών συστημάτων στηρίζεται στην αξιοποίηση της περίσσειας αιολικής ενέργειας που δεν καταναλώνεται από το δίκτυο, η οποία επιτυγχάνεται μέσω άντλησης νερού από τον κάτω ταμιευτήρα στον άνω. Η αρχή λειτουργιάς αποτελείται από δυο φάσεις την φάση της αποθήκευσης ενέργειας και την φάση της παραγωγής ενέργειας. Στην πρώτη φάση η περίσσεια ηλεκτρική ενέργεια, μετατρέπεται σε υδραυλική, με τη διαδικασία της άντλησης του νερού από εν κάτω ταμιευτήρα σε ένα άνω ταμιευτήρα με υψομετρική διαφορά. Για την φάση της παραγωγής, γίνεται διακίνηση του νερού από των άνω ταμιευτήρα στον κάτω ταμιευτήρα μέσω υδροστροβίλων οπότε η υδραυλική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική.

Η ιδέα της αποθήκευσης ενέργειας μέσω αντλησιοταμίευσης δεν είναι σημερινή. Η ΔΕΗ εφάρμοσε τη λύση αυτή για την αποθήκευση φθηνής λιγνιτικής παραγωγής τη νύχτα (Σφηκιά, Θησαυρός), για να αποφεύγει τη λειτουργία ακριβών μονάδων την ημέρα αλλά και για άλλους λόγους (όπως π.χ. Για παροχή εφεδρειών παραγωγής). Οι ανάγκες των καιρών δείχνουν ότι η ιδέα αυτή πρέπει να εφαρμοστεί για την αποθήκευση της καθαρής, εγχώριας και επίσης φθηνής ενέργειας ΑΠΕ, κατά τις ώρες που η φύση την παρέχει πλουσιοπάροχα, αλλά η ζήτηση δεν επιτρέπει την κατανάλωσή της. Είναι ένας τρόπος προσαρμογής της παροχής της φύσης στις ανθρώπινες ανάγκες. Η εφαρμογή των υβριδικών σταθμών μοιραία ξεκινάει από τα νησιά, τα οποία ήδη θεωρούνται κορεσμένα για την εγκατάσταση αιολικής και φωτοβολταϊκής ισχύος. Το παράδειγμα της Ικαρίας, πιστοποιεί ότι οι ΑΠΕ μπορούν να καλύψουν σημαντικό ποσοστό της ζήτησης, με ανεκτή αύξηση του κόστους παραγωγής. Σε μεγαλύτερα ηλεκτρικά συστήματα, τα αποτελέσματα θα είναι σαφώς πιο ενθαρρυντικά, τουλάχιστον από πλευράς κόστους. Οι πρακτικές διείσδυσης ΑΠΕ στα νησιά θα απαιτηθεί να εφαρμοστούν, με τις κατάλληλες προσαρμογές, στην ηπειρωτική χώρα. 

Το υβριδικό έργο στην Ικαρία είναι ένα αναστρέψιμο υδροηλεκτρικό με ανεμογεννήτριες. Αποτελεί πιλοτικό ερευνητικό έργο, καθώς είναι το πρώτο στην Ευρώπη στην κατηγορία αυτή. Ιδιαιτερότητα του συγκεκριμένου υβριδικού έργου, που το διαφοροποιεί από έναν συνήθη υβριδικό σταθμό, είναι ότι εκτός από τις δύο δεξαμενές που εξυπηρετούν τις ανάγκες της αντλησιοταμίευσης για την απορρόφηση της αιολικής παραγωγής, υφίσταται και ένας τρίτος ταμιευτήρας όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Με το έργο αυτό θα παράγεται ηλεκτρική ενέργεια από τρεις ανεμογεννήτριες και τρεις υδροστροβίλους. Τους χειμερινούς μήνες θα τροφοδοτούνται τρεις υδροστρόβιλοι από την υπερχείλιση ενός φράγματος και θα παράγεται με τον τρόπο αυτόν η απαιτούμενη ενέργεια. Τους υπόλοιπους μήνες θα εργάζονται μόνο οι δυο από τους τρεις υδροστρόβιλους. Με τη βοήθεια του αντλιοστασίου θα ανυψώνεται το νερό μέχρι την άνω δεξαμενή και έπειτα θα πραγματοποιείται η παραγωγή όταν αυτό κρίνεται αναγκαίο. 

Η υιοθέτηση ενός στρατηγικού στόχου για την προώθηση τέτοιων λύσεων στα αυτόνομα ελληνικά νησιά, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική απεξάρτηση των νησιών από τα ορυκτά καύσιμα, στην εξοικονόμηση ακριβού καυσίμου και στη μείωση των ρύπων. Μέχρι σήμερα, το υψηλό κόστος στα αυτόνομα νησιά επιβαρύνει τη ΔΕΗ και κατ' επέκταση την τιμολόγηση της ηλεκτρικής ενέργειας σε εθνικό επίπεδο. Οι σύγχρονες ανάγκες επιτάσσουν την αλλαγή στον ενεργειακό προσανατολισμό της χώρας και την αξιοποίηση του αιολικού δυναμικού της Ελλάδας με χρήση κατάλληλου συστήματος αποθήκευσης ενέργειας, εκεί ακριβώς που αυτό είναι διαθέσιμο.

πηγές:

http://www.ypeka.gr/Default.aspx?tabid=285&language=el-GR

http://ec.europa.eu/europe2020/pdf/energy2_el.pdf