Η Πρωτοβουλία «SunShot» στις ΗΠΑ για την Ηλιακή Ενέργεια

Αντικειμενικός στόχος είναι να επιταχύνει και να προωθήσει τις ερευνητικές προσπάθειες με τα προγράμματα ηλιακής ενέργειας για ευρείας κλίμακας εφαρμογές στις ΗΠΑ προς το τέλος αυτής της δεκαετίες και με ανταγωνιστικό κόστος έναντι των συμβατικών μορφών ενέργειας, χωρίς επιδοτήσεις. Για το σκοπό αυτό το DOE υποστηρίζει τις ερευνητικές προσπάθειες από ιδιωτικές εταιρείες, πανεπιστήμια και εθνικά εργαστήρια για την μείωση κόστους του ηλιακού συστήματος το 2020 στο 1$/ W ή κόστους παραγωγής περίπου στα $0.06/ kWh για μεγάλες μονάδες με μέση ηλιακή ακτινοβολία στις ΗΠΑ. Σχετικοί στόχοι για εμπορικές και οικιακές εφαρμογές είναι $0.07/ kWh και $0.09/ kWh αντίστοιχα. Έτσι, θα καταστεί δυνατή η διείσδυση της ηλιακής ενέργειας κατά 15%-18% στο ηλεκτρικό σύστημα στις ΗΠΑ το 2030.

Το πρόγραμμα στοχεύει σε ολοκληρωμένες λύσεις και έχει δομηθεί με διακεκριμένες δράσεις για την επίτευξη των φιλόδοξων στόχων, οργανώθηκε δε σε τρεις κατηγορίες:

· Μείωση κόστους των ηλιακών τεχνολογιών, φωτοβολταϊκές και ηλιοθερμικές με συγκέντρωση,

· Μείωση του κόστους ενσωμάτωσης των ηλιακών συστημάτων στο ηλεκτρικό δίκτυο, δηλαδή του κόστους σύνδεσης στο δίκτυο με μεγάλη διείσδυση και διαχείριση με ευστάθεια, ηλεκτρονικά ισχύος, έξυπνα δίκτυα,

· Επιτάχυνση της ανάπτυξης των εφαρμογών, αίροντας τα εμπόδια στην αγορά και ενισχύοντας με ειδικευμένο προσωπικό

Απαιτούνται καινοτόμες και αποδοτικές λύσεις για να γίνεται απλή, ασφαλής και αξιόπιστη η ηλεκτρική ενέργεια από τον ήλιο που τροφοδοτεί το δίκτυο. Το DOE συνεργάζεται με την βιομηχανία, τις εταιρείες ηλεκτρισμού, τα εθνικά εργαστήρια για την αντιμετώπιση των τεχνικών και οικονομικών εμποδίων στην σύνδεση μεγάλου πλήθους και μεγάλων ηλιακών συστημάτων στο δίκτυο.

Έκτοτε, αυτό το ολοκληρωμένο πρόγραμμα αναπτύχθηκε στα επόμενα χρόνια με τις αναγκαίες χρηματοδοτήσεις που οδηγούν σε εντυπωσιακά αποτελέσματα, τα οποία δημοσιεύονται τακτικά στις περιοδικές εκθέσεις προόδου. Η πρόσφατη αξιολόγηση της προόδου έδειξε ότι ο δρόμος είναι ανοιχτός για την επίτευξη των στόχων του 2020. Το κόστος παραγωγής ήδη βρίσκεται στα $0.07/ kWh για μεγάλες μονάδες, στα $0.13/ kWh για εμπορικές και $0.18/ kWh για οικιακές εφαρμογές για μέση ηλιακή ακτινοβολία στις ΗΠΑ. Εξ άλλου, η μείωση του κόστους οδήγησε σε αρκετές εφαρμογές κατά το 2014 και 2015 φθάνοντας συνολικά τα 32 GW στα μέσα του 2016 (κυρίως φωτοβολταϊκά) με αποτέλεσμα η διείσδυση της ηλιακής ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο να φθάσει στο 1% από λιγότερο του 0,1% το 2011.

Πέραν του 2020, με τα μέχρι τούδε αποτελέσματα, έχουν τεθεί οι στόχοι για το 2030 που είναι ακόμη πιο φιλόδοξοι, στα $0.03/ kWh για μεγάλες μονάδες, στα $0.04/ kWh για εμπορικές εφαρμογές και στα $0.05/ kWh για οικιακές εφαρμογές. Ειδικά για τις μεγάλες μονάδες το κόστος παραγωγής στις ΗΠΑ, θα κυμαίνεται από $0.02/ kWh για τις περιοχές με υψηλή ηλιακή ακτινοβολία έως $0.04/ kWh για τις περιοχές με χαμηλή ηλιακή ακτινοβολία (ηπειρωτική χώρα), χαμηλότερα ακόμη και από το μεταβλητό κόστος λειτουργίας πολλών συμβατικών μονάδων με ορυκτά καύσιμα.

Με την επίτευξη των στόχων του 2030 αυξάνεται το δυναμικό των εφαρμογών ηλιακής ενέργειας στις ΗΠΑ και με χρήση προηγμένων τεχνολογιών διαχείρισης και ελέγχου, σε συνδυασμό με χαμηλό κόστος αποθήκευσης, αναμένεται μεγάλη διείσδυση της ηλιακής ενέργειας ακόμη και 50% στο ηλεκτρικό δίκτυο, όπως δείχνουν σχετικές μελέτες.

Ως εκ τούτου έχουν αναπτυχθεί δράσεις για την μεγάλη διείσδυση της ηλιακής ενέργειας στα ηλεκτρικά δίκτυα με την επιτυχή ενσωμάτωση των φωτοβολταϊκών συστημάτων στην λειτουργία και διαχείριση των ηλεκτρικών δικτύων. Σημαντική συμβολή έχει το εθνικό εργαστήριο NREL ( National Renewable Energy Laboratory) που συμμετέχει στην έρευνα σε συνεργασία με εταιρείες.

Οι ηλεκτρικές εταιρείες είναι μπροστά σε μια πρωτοφανή πρόκληση, καθώς η αυξανόμενη ισχύς των φωτοβολταϊκών συστημάτων που εγχέεται στο δίκτυο διανομής θα αποτελέσει πρόβλημα στη ρύθμιση τάσεως και συχνότητας, με αποτέλεσμα την αστάθεια του συστήματος. Ο συνήθης ηλεκτρονικός μετατροπέας ( inverter) που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε εναλλασσόμενο, αν και διατηρεί τη συχνότητα και τάση όσο είναι συγχρονισμένος στο δίκτυο μένει παθητικός στις ανωμαλίες, αφού δεν αντιλαμβάνεται τι συμβαίνει στο δίκτυο για να συμβάλλει στην αποκατάστασή του. Η συνήθης εξέλιξη είναι μαζική αποσύνδεση των φωτοβολταϊκών συστημάτων από το δίκτυο και επιδείνωση της κατάστασης που μπορεί να οδηγήσει σε “ blackout”. Οι νεώτεροι «έξυπνοι» μετατροπείς μπορούν να προλάβουν την έξοδο των φωτοβολταϊκών από το δίκτυο και να συμβάλλουν στην ευστάθεια του συστήματος και στην αντιμετώπιση του προβλήματος, καλύπτοντας με ετοιμότητα μια μεγάλη ανάγκη του δικτύου για τις εξελισσόμενες εταιρείες ηλεκτρισμού.

Οι προσπάθειες στρέφονται στην ανάπτυξη καινοτόμων μεθόδων στον έλεγχο των μετατροπέων ώστε να διατηρούν την ευστάθεια του δικτύου, ακόμη και εάν όλη η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από τον ήλιο ή τον άνεμο, αφού οι μεγάλες κεντρικές μονάδες ορυκτών καυσίμων προοδευτικά θα παροπλίζονται. Ο συνδυασμός των έξυπνων μετατροπέων με νέες μεθόδους ελέγχου θα βοηθήσουν αποφασιστικά τις ηλεκτρικές εταιρείες για την μετάβαση στα μελλοντικά ηλεκτρικά δίκτυα του 21^ου αιώνα.

Στην Χαβάη με υψηλό κόστος παραγωγής από πετρέλαιο και στόχο 100% ΑΠΕ το 2045, προωθούνται τα οικιακά φωτοβολταϊκά συστήματα με μεγάλη διείσδυση και αυτό επιτυγχάνεται με τους έξυπνους μετατροπείς ( smart inverters), οι οποίοι βοηθούν στην βελτίωση της ευστάθειας του συστήματος σε ανωμαλίες, αποτέλεσμα ερευνητικού έργου στα πλαίσια του “ SunShot”.

Όσο διεισδύουν στο δίκτυο τα φωτοβολταϊκά και αιολικά συστήματα, περιορίζεται ο αριθμός και η ισχύς των συμβατικών στρεφόμενων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής, οπότε το δίκτυο χάνει την αδράνεια που έχει σήμερα, η οποία προς στιγμήν διατηρεί σταθερή τάση και συχνότητα σε περιπτώσεις σοβαρών ανωμαλιών. Οι έξυπνοι μετατροπείς που αναπτύσσονται έχουν την ικανότητα να αντιμετωπίζουν και αυτά τα προβλήματα από την έλλειψη αδράνειας που θα εμφανισθούν στο εγγύς μέλλον, διατηρώντας το μικροδίκτυο ( Microgrids) σε κανονική λειτουργία στις περιπτώσεις ανωμαλιών.

Στο μέλλον, κατά την μετάβαση από τις κεντρικές συμβατικές μονάδες στις διεσπαρμένες μονάδες των ΑΠΕ, οι προηγμένης τεχνολογίας έξυπνοι μετατροπείς, καθώς επίσης και τα έξυπνα δίκτυα (στην ευφυΐα δεν υπάρχουν όρια), μπορούν να εξασφαλίζουν την ευστάθεια του δικτύου με αξιοπιστία και σταθερή τάση και συχνότητα.

Στην Ελλάδα με τις πολύ ευνοϊκές συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας και τα νησιά δημιουργούνται πολύ ευνοϊκές προοπτικές για μεγάλης κλίμακας εφαρμογές με χαμηλό κόστος παραγωγής και απασχόληση, αρκεί να αντικατασταθεί η γραφειοκρατία με δημιουργικές δράσεις σε καινοτομίες και νέες τεχνολογίες. Υπάρχει ικανό έμψυχο δυναμικό που θα συνδράμει στον επιτυχή μετασχηματισμό των ηλεκτρικών δικτύων προς τα έξυπνα ηλεκτρικά δίκτυα του 21^ου αιώνα και με νέες υπηρεσίες, αντί της φυγής στο εξωτερικό. Βεβαίως, προς τούτο χρειάζεται όραμα και στόχοι με ισχυρή πολιτική βούληση, όπως το “ SunShot Initiative”, ενώ είναι αναγκαία η βελτίωση του επενδυτικού κλίματος, ιδιαίτερα με το φορολογικό σύστημα και το υψηλό κόστος δανεισμού, που θα ενθαρρύνει τις νέες επενδύσεις για τις σχετικές εφαρμογές.