Ένα Ευέλικτο Ενεργειακό Σύστημα με Συνδυασμό Τεχνολογιών η Απάντηση για την Παραγωγή Ενέργειας

Ένα Ευέλικτο Ενεργειακό Σύστημα με Συνδυασμό Τεχνολογιών η Απάντηση για την Παραγωγή Ενέργειας
των Κ. Πρωτοψάλτη και Σ. Μακρίδη
Σαβ, 9 Νοεμβρίου 2019 - 10:06

Το ενεργειακό ζήτημα είναι μια από τις βασικότερες, αν όχι η βασικότερη πρόκληση που καλείται ο σημερινός κόσμος να διαχειριστεί. Είναι ένα ζήτημα το οποίο χρήζει βελτιστοποίησης σε όλα τα επιμέρους σκέλη του: Την παραγωγή ενέργειας, την αποθήκευση καθώς και την διαχείριση-κατανάλωση Τις τελευταίες δεκαετίες δίνεται μεγάλη έμφαση στην παραγωγή καθαρής ενέργειας από Ανανεώσιμες πηγές

(Κατανάλωση – διαχείριση.)

στις δυνατότητες αποθήκευσης και φυσικά στη σχεδίαση και κατασκευή μηχανών, κατασκευών και -κτιρίων με όσο το δυνατόν χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Ένα εξίσου σημαντικό σκέλος στο οποίο καλούμαστε να συμμετέχουμε εφόσον θέλουμε να γίνουμε μέρος της λύσης είναι ο  κύκλος ζωής προϊόντος [1],  μια ολιστική προσέγγιση σε όλα τα στάδια της παραγωγή του προϊόντος, από τις πρώτες ύλες που χρειάζονται για την κατασκευή του μέχρι την τελική του χρήση και την ανακύκλωση ή επαναχρησιμοποίηση του. Σε όλα τα επιμέρους στάδια υπάρχουν πολλά περιθώρια ενεργειακής βελτιστοποίησης και εξοικονόμησης. Φανταστείτε λοιπόν μια βιομηχανία η οποία θα χρησιμοποιεί τον βέλτιστο κύκλο ζωής στην παραγωγή προϊόντων και μία οικονομία η οποία θα χρησιμοποιεί τις βέλτιστες πρακτικές της κυκλικής οικονομίας στην λογική του “zero waste” [2].Όλα τα παραπάνω σε συνδυασμό μετην επερχόμενη ψηφιοποίηση και ηλεκτρονική διαχείριση χρησιμοποιώντας τεχνολογίες όπως: τεχνητή νοημοσύνη, smart grids and cities, smart energy management systems στην νέα εποχή του internet of things, στον βαθμό που θα εφαρμοστούν,θα συντελέσουν αναπόφευκτα σημαντικό μέρος της αντιμετώπισηςτων προκλήσεων που έρχονται για την ορθή διαχείριση και κατανάλωση της ενέργειας.

Αποθήκευση ενέργειας

Η αποθήκευση ενέργειας είναι ένα από τα το πιο hot θέματα αυτή τη στιγμή σε ότι αφορά την έρευνα και καινοτομία στην βιομηχανία της ενέργειας. Αποθήκευση ενέργειας με την ευρύτερη έννοια μπορούμε να έχουμε με διάφορους τρόπους. Είτε με μπαταρίες διαφόρων ειδών και μεγεθών, είτε με αντλισιοταμίευση εκμεταλλευόμενοι το γεωδαιτικό δυναμικό, είτε παράγωντας υδρογόνο με την περίσσια ενέργεια από παραγωγή ΑΠΕ. Όλες οι παραπάνω τεχνολογίες έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και η κάθε μία ταιριάζει κάθε φορά καλύτερα σε κάθε σύστημα αναλόγως τις συγκεκριμένες συνθήκες του κάθε project, τα μεγέθη αποθήκευσης ενέργειας, τους απαιτούμενους χρόνους φόρτισης και εκφόρτισης καθώς και άλλες απαιτήσεις λειτουργίας του δικτύου που τροφοδοτούν. Εκτός από την αντλισιοταμίευση η τεχνολογία μπαταριών [4], [5] και η παραγωγή και αποθήκευση υδρογόνου [6], [7] είναι δύο πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας οι οποίες θα συνεισφέρουν σημαντικά εφόσον αξιοποιηθούν τα πλεονεκτήματα τους κατά την εφαρμογή τους σε υβριδικά συστήματα. Τέλος ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη για το κομμάτι της πλήρης ηλεκτροκίνησης κυρίως στην αυτοκινητοβιομηχανία είναι το να συνυπολογίσουμε στην εξίσωση και το περιβαλλοντικό-οικολογικό κόστος που προκαλείται από πρώτες ύλες σε σπάνιες γαίες που είναι απαραίτητες για την κατασκευή πλήρως ηλεκτρικών αυτοκινήτων έναντι των υβριδικών. [8]

Παραγωγή ενέργειας σε υβριδικά συστήματα.

Για την παραγωγή ενέργειας η απάντηση πλέον βρίσκεται σε ένα ολοκληρωμένο και έξυπνο ενεργειακό σύστημα με συνδυασμό τεχνολογιών, πλήρως ευέλικτο και ανταγωνιστικό. Σε ένα τέτοιο σύστημα θα έρχονται ως δεδομένα εισόδου όλοι εκείνοι οι παράγοντες που επηρεάζουν το κόστος παραγωγής ενέργειας (τιμές καυσίμου, μετεωρολογικά δεδομένα, προβλεπόμενη ζήτηση-ώρες αιχμής κλπ) με στόχο την επεξεργασίας τους και την βέλτιστη διαχείριση παραγωγής. Τέτοια συστήματα θα μπορούν να σχεδιαστούν και να εφαρμοστούν από μικρές οικίες μέχρι μεγάλα ενεργειακά συγκροτήματα  εκατοντάδων MW. Τέλος, δεδομένου την τεχνολογική ανάπτυξη των συστημάτων καύσης αεριοστροβίλων για την καύση υδρογόνου [9] σε συνδυασμό μετην ολοένα και πιοανταγωνιστική τιμή του(4,1 $/kg με πρόβλεψη για 2$/kg μέχρι το 2020 [10]), η προσθήκη υδρογόνου στο μείγμα καυσίμου μεγάλων σταθμών παραγωγής ενέργειας συνδυασμένου κύκλου (CCGT) δείχνει να έχει πολλές προοπτικές. Άρα λοιπόν, μια κατεύθυνση αναβάθμισης των υπαρχόντων και νέων μονάδων CCGT ώστε να καίνε υδρογόνο  σε μίξη με το φυσικό αέριο ή σε πλήρη καύση το οποίο θα παράγεται με τεχνολογία ηλεκτρόλυσης νερού χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ, αποτελεί μία ανταγωνιστική πρόταση για το άμεσο μέλλον

Συνοψίζοντας, είναι σημαντικό να τονίσουμε ότι δεν υπάρχει ένα μοναδικό μοντέλο το οποίο να λειτουργεί ως πανάκεια, αλλά θα πρέπει να αναγνωρίζουμε  τα συγκριτικά πλεονεκτήματα σε κάθε project και να προτείνουμε κάθε φορά την βέλτιστη λύση στην δεδομένη τεχνολογικά συγκυρία όπου βρισκόμαστε. 

[1] http://www.ecodesign.at/about_ecodesign/the_product_life_cycle/EN/

[2] http://www.elot.gr/B-SECTION_LAVOUTA-VERI_13-10-17.pdf

[3] https://www.wastedive.com/news/world-bank-global-waste-generation-2050/533031/

[4] https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2019/08/26/energys-future-battery-and-storage-technologies/#7274e4b644cf

[5] https://www.theguardian.com/news/2019/jan/14/on-the-charge-why-batteries-are-the-future-of-clean-energy

[6] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890418303170

[7] https://www.renewableenergyworld.com/2014/07/16/hydrogen-energy-storage-a-new-solution-to-the-renewable-energy-intermittency-problem/#gref

[8] https://www.autogreeknews.gr/nea/polla-diafora/diafora-nea/anti-oikologika-ta-ilektrika-symfona-me-tin-toyota

[9] https://www.ge.com/reports/hydrogen-generation-gas-turbines-can-run-abundant-element-universe/

[10] https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydrogen-production-cost

Ο Κωνσταντίνος Πρωτοψάλτης είναι Μηχανολόγος Μηχανικός,  MEng -  συνεργάτης ερευνητής του InnoEnergy Matters Group του Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Πατρών & Μηχανικός στην εταιρεία ΜΕΤΚΑ στο τμήμα Mechanical Engineering and Process.

O Δρ. Σοφοκλής Μακρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής των Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Πατρών. Είναι Ειδικός σε θέματα νανοσύνθετων υλικών και διεργασιών για Ενεργειακές και Περιβαλλοντικές Τεχνολογίες.