Βαρυτική
Αποθήκευση Ενέργειας (Β.Α.Ε)
η ιδανική αποθήκη ηλεκτρικού ρεύματος
Γιατί χρειαζόμαστε την αποθήκευση ενέργειας ;
Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται
σήμερα σχεδόν αποκλειστικά με ορυκτά καύσιμα (άνθρακας, λιγνίτης, ουράνιο, πετρέλαιο και φυσικό
αέριο). Αυτές οι πηγές ενέργειας συνιστούν ουσιαστικά «αποθήκες ενέργειας»,
που προέκυψαν από γεωλογικές φυσικές διαδικασίες και σε αυτή τη μορφή τους δεν
μπορούν να αντικατασταθούν (ανανεωθούν).
Τα ορυκτά και πυρηνικά καύσιμα χρησιμοποιούνται πλέον κατά κανόνα σε μεγάλες
μονάδες ισχύος. Η ισχύς αυτών των σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας
βασίζεται σε ένα πρόγραμμα που προσαρμόζεται στις τρέχουσες ανάγκες της
βιομηχανίας και των καταναλωτών. Υπάρχουν σταθμοί βασικού φορτίου, ενδιάμεσου
φορτίου και σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας φορτίου αιχμής. Ειδικότερα,
για την εξασφάλιση του μέγιστου φορτίου αιχμής χρησιμοποιούνται πλέον και
διάφοροι αποθηκευτικοί μηχανισμοί ενέργειας, κυρίως του τύπου της
αντλησιοταμίευσης.
Με την αποθήκευση της ενέργειας καθίσταται δυνατή η χρησιμοποίησή της την
χρονική στιγμή που απαιτείται από το δίκτυο. Οι ανάγκες αυτές είναι πολύ
μεγαλύτερες στα μη διασυνδεδεμένα νησιά, στα οποία λόγο της έλλειψης κυρίως
μονάδων αποθήκευσης δεν μπορούν να αναπτυχθούν και να αξιοποιηθούν απρόσκοπτα
οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Υφιστάμενες μονάδες αντλησιοταμίεσης
Ο λόγος για τον οποίο
χρησιμοποιούνται κυρίως μονάδες αντλησιοταμίευσης για αποθήκευση ρεύματος,
είναι διότι διαθέτουν ικανότητα ταχείας εκκίνησης. Αν μια μεγάλη μονάδα
παραγωγής ενέργειας με ισχύ γιγαβάτ (Gigawatt) παύσει να λειτουργεί , π.χ.
αναγκαστική διακοπή λειτουργίας ενός σταθμού, τότε μπορεί μια τέτοια μονάδα
αντλησιοταμίεσης να τεθεί σε λειτουργία ακαριαία εντός 10 δευτερολέπτων και για
αρκετές ώρες και έως ότου η ίδια, η μια άλλη συμβατική μονάδα επανεκκινήσει. Σε
αντίθετη περίπτωση, δηλαδή όταν ξαφνικά υπάρχει υπερφόρτωση του δικτύου και
αναγκαστική απόρριψη του περίσσιου φορτίου, τίθενται σε λειτουργία οι αντλίες
της μονάδας αντλησιοταμίεσης, καταναλώνουν το περίσσιο ρεύμα και ισορροπούν
γρήγορα το δίκτυο. Τα συστήματα αποθήκευσης ρεύματος αποτελούν ήδη ένα
συστατικό και σημαντικό στοιχείο της ασφάλειας του δικτύου.
Χρήση ηλιακής και η αιολικής ενέργειας
Κατά την διάρκεια της
μετάβασης από τις συμβατικές στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας παρατηρούμε μια
πλήρη αλλαγή της παραγωγικής δομής. Οι μεμονωμένες ΑΠΕ μονάδες ηλεκτροπαραγωγής
είναι πολύ μικρότερες των συμβατικών σταθμών, οι ανεμογεννήτριες φτάνουν σήμερα
μια μέγιστη ισχύ 3 MW, ενώ τα Φωτοβολταϊκά στις στέγες έχουν ισχύ συχνά μόνο
μερικά κιλοβάτ. Οι μονάδες ΑΠΕ δεν παράγουν συνεχώς αλλά ανάλογα με την διαθέσιμη
πηγή τους, π.χ. ύπαρξη ανέμων, ή ηλιακής ακτινοβολίας (η οποία μάλιστα εκλείπει
εντελώς την νύχτα) και βρίσκονται κατ εξοχήν διάσπαρτες και αποκεντρωμένες.
Πρώτη μεταβατική φάση
Κατεξοχήν συμβατικές και ελάχιστες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Η μετάβαση στις
ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελείται από δύο φάσεις, Στην πρώτη φάση, στην
οποία βρισκόμαστε σήμερα, η παραγομένη ενεργειακή ισχύς από συμβατικές
μονάδες ηλεκτροπαραγωγής μειώνεται αντίστοιχα με την αύξηση της ισχύος
που προέρχεται από ΑΠΕ όπως π.χ. αιολική και ηλιακή ενέργεια. Δεδομένου ότι
η συνολική ισχύ των ΑΠΕ σε αυτήν την πρώτη φάση είναι σχετικά χαμηλότερη ως προς την συνολική ζήτηση
ενέργειας από δίκτυο, η ένταξη των ΑΠΕ
στο σύστημα δεν δημιουργεί ακόμη ιδιαίτερα προβλήματα.
Δεύτερη μεταβατική φάση
Επάρκεια σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και εφεδρικές οι συμβατικές
Στη δεύτερη φάση, η
παραγωγική ισχύς των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα τείνει να καλύπτει τη
συνολική ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Επειδή όμως η παραγωγή ρεύματος από τις
ΑΠΕ δεν ταυτίζεται πάντα χρονικά με την ζήτηση και εάν δεν υπάρχει τρόπος
αποθήκευσης της περίσσιας ενέργειας, αυτό θα έχει ως επακόλουθο σε περιόδους
χαμηλής προσφοράς των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας να υπάρχει έλλειψη ενέργειας
και να τίθενται αναγκαστικά σε λειτουργία οι εφεδρικές συμβατικές μονάδες
ηλεκτροπαραγωγής. Για αυτό το λόγο (και για πολλούς άλλους) επιβάλλεται να
εξευρεθούν προσιτοί βιώσιμοι οικονομικά τρόποι αποθήκευσης της περίσσιας ηλεκτρικής ενέργειας.
Οικονομικό σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
Η Βαρυτική Αποθήκευση Ενέργειας (Β.Α.Ε) ενέργειας συνιστά έναν ιδανικό τρόπο αποθήκευσης του περίσσιου
ρεύματος που θα παράγεται από τις ΑΠΕ.
Τα
προσφερόμενα γνωστά συστήματα αποθηκεύσεις έχουν ασύμφορο κόστος κατασκευής (και στην
συνέχεια λειτουργίας) και δεν μπορούν να ανταγωνιστούν τις συμβατικές μονάδες
ηλεκτροπαραγωγής. Από αυτά το πλέον πρόσφορο σύστημα είναι αυτό της αντλησιοταμίεσης
με κόστος παραγωγής >100 ευρώ / ΜWh και συνεπώς ζητούμενο αποτελεί ένα σύστημα με
χαμηλότερο κόστος. Ένα σύστημα
αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας θεωρείται σήμερα οικονομικό και εφαρμόσιμο
μαζικά εάν το κόστος κατασκευής και λειτουργίας αυτού δεν θα επιβαρύνει το
παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα περισσότερο από 50 ευρώ / ΜWh ( 0,05 ευρώ / ΚWh),
ενώ σε μικρά νησιά θα μπορούσε να είναι ανταγωνιστικό ακόμη και με κόστος έως 200
ευρώ / ΜWh (σημερινό μέσο κόστος στα νησιά >400 ευρώ / ΜWh, με χαμηλότερο
στην Κρήτη 220 ευρώ / ΜWh και μέγιστο κόστος στα Αντικύθηρα 1.750 ευρώ / ΜWh)
Ιδέα και λειτουργία (Β.Α.Ε)
Η ιδέα γεννήθηκε από την
ανάγκη για αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας για μεγάλο χρονικό διάστημα
που θα μπορεί εύκολα να ανακτηθεί. Η φιλοσοφία λειτουργίας της μεθόδου και του
προτεινόμενου μηχανισμού αποθήκευσης και ανάκτησης ηλεκτρικής ενέργειας είναι
απλή όπως και αυτή των γνωστών μονάδων αντλησιοταμίεσης, στις οποίες η
περίσσεια ηλεκτρική ενέργεια τροφοδοτεί τις αντλίες, μέσω των οποίων το
εργαζόμενο μέσο (νερό) ανυψώνεται διά των σωληνώσεων ανόδου από την κάτω
δεξαμενή στην άνω, δίνοντάς έτσι τη δυνατότητα αποθήκευσης της περίσσειας
ενέργειας με τη μορφή δυναμικής ενέργειας. Η λειτουργία του συστήματος
βασίζεται στην μηχανική ανύψωση μεγάλων κυλινδρικών μαζών σε πεδίο βαρύτητας.
Πρόκειται για μία μέθοδο και ένα μηχανισμό για την αποθήκευση και την ανάκτηση
ηλεκτρικής ενέργειας, δια της αξιοποίησης της δυναμικής ενέργειας της βαρύτητας
που συνιστούν οι κυλινδρικές μάζες, όταν αυτές συμπαρασυρόμενες από
ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούν την περίσσια ηλεκτρική ενέργεια, ανυψώνονται
υψομετρικά κυλιόμενες επί κεκλιμένου εδάφους. Το αποθηκευμένο ενεργειακό
δυναμικό που συνιστούν οι ανυψωμένες κυλινδρικές μάζες επανακτάται κατά την
υψομετρική τους κάθοδο, καθ όσον αυτές οι κυλινδρικές μάζες κυλιόμενες καθοδικά
στο κεκλιμένο έδαφος κινούν δυναμικά τις αντίστοιχες ηλεκτρογεννήτριες.
Η ενεργειακή αποθηκευτική ικανότητα του συστήματος (Β.Α.Ε)
Η προτεινόμενη μονάδα όπως και πολλές άλλες μέθοδοι και μονάδες αποθήκευσης
ηλεκτρικής ενέργειας (συμπεριλαμβανομένης και της αντλησιοταμίεσης),
χρησιμοποιούν το ενεργειακό δυναμικό της βαρύτητας, από την εξίσωση, Ε_δυν = m.g.h (όπου m μάζα σε
kg, g η επιτάχυνση της βαρύτητας 9,81 m/s^2, h το ύψος σε μέτρα). Όταν μάζα
1kg ανυψωθεί κατά 1 m, απαιτείται ένα έργο 9,81 Nm, που αντιστοιχεί σε
ενεργειακό δυναμικό των 9,81 Ws. Κατά τον ίδιο ακριβώς τρόπο λειτουργεί και το
προτεινόμενο σύστημα Βαρυτικής
Αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
(Β.Α.Ε) κατά
το οποίο αντικαθίσταται μόνο το «εργαζόμενο μέσο» δηλαδή η μάζα του νερού, από
ένα άλλο βαρύτερο «εργαζόμενο μέσο» με την μέγιστη δυνατή πυκνότητα, όπως
πέτρα, σκυρόδεμα, χάλυβας κλπ.
Συνεπώς η ενεργειακή αποθηκευτική ικανότητα της προτεινόμενης μονάδας εξαρτάται από την μάζα (m, η μάζα σε
kg) των κυλινδρικών τροχών από σκυρόδεμα και
από το υψόμετρο (h το ύψος σε μέτρα) στο οποίο θα ανυψώνονται οι κύλινδροι,
όπου η δυνητική βαρυτική ενέργεια μάζας ενός τόνου (1.000 kg ) σε υψόμετρο 367
μέτρων ανέρχεται σε 1 ΚW/h.
Το προτεινόμενο σύστημα Βαρυτικής
Αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
(Β.Α.Ε) διαθέτει
δύο αποθήκες ‘πάρκιγκ’ σε δύο επίπεδα με υψομετρική μεταξύ τους
διαφορά (στη θέση των δύο δεξαμενών
νερού της αντλησιοταμίεσης) και στη θέση των σωληνώσεων νερού ένα διάδρομο διασύνδεσης
των δύο αυτών επιπέδων. Ο διάδρομος μπορεί να είναι κατακόρυφος, η και
επικλινής. Στα δύο αυτά επίπεδα αποθηκεύονται (σταθμεύονται) κύλινδροι
(συμπαγείς τροχοί) με την μέγιστη δυνατή πυκνότητα και μάζα (π.χ. Σκυρόδεμα με
πυκνότητα 2.500 kg/m^3). Οι «τροχοί» αυτοί μπορούν να κυλούν, να ανέρχονται και
να κατέρχονται δια μέσου του συνδετήριου διαδρόμου από το ένα επίπεδο στο άλλο.
Κατά την άνοδο των φορτίων αυτών καταναλώνεται η περίσσεια ηλεκτρική ενέργεια
δια ηλεκτροκινητήρων και κατά την κάθοδό τους επανακτάται η ίδια ηλεκτρική
ενέργεια δια της κίνησης ηλεκτρογεννητριών.
Για παράδειγμα, ένας κύλινδρος από σκυρόδεμα, διαμέτρου 8 μέτρων και μήκους 10 μέτρων (συνολική επιφάνεια προβολής του κυλίνδρου στο έδαφος =80m2), έχει όγκο 500m3 και βάρος 1.250 τόνους . Εάν η υψομετρική διαφορά των δύο επιπέδων είναι 367 μέτρα, η δυναμική ενέργεια του κυλίνδρου αυτού θα είναι 1.250 KW/h, και με συντελεστή απόδοσης μεγαλύτερη από 80% θα ανέρχεται Εδυν > 1.000 KW/h(1,0 ΜW/h), δηλαδή με ένα τέτοιο κύλινδρο μπορούμε να αποθηκεύσουμε και να επανακτήσουμε 1.000 ΚW/h (1,0 ΜW/h), αν όμως διπλασιάσουμε το υψόμετρο (>735 μέτρα) θα διπλασιαστεί η απόδοση σε 2.000 ΚW/h (2,0 ΜW/h). Αντίστοιχα και συγκριτικά, για την ίδια ενεργειακή απόδοση σε μια μονάδα «αντλησιοταμίεσης» θα χρειαζόμασταν 5.000 m3 νερό, ( πυκνότητα 1τόνος/μ3 + εξάτμιση+ απώλειες κλπ.) δηλαδή μία δεξαμενή ενός στρέμματος (1000 m2) με 5 μέτρα βάθος.
Οι κύλινδροι (συμπαγείς τροχοί), διαθέτουν έναν άξονα επί του οποίου είναι
συνδεμένο το ένα άκρο ενός συρματόσχοινου κατάλληλης διατομής και αντοχής, ενώ
το άλλο άκρο του συρματόσχοινου είναι περιτυλιγμένο αντίστοιχα στην
ηλεκτρογεννήτρια(που λειτουργεί και ως ηλεκτροκινητήρας), ανάλογα με το αν
βρίσκεται σε κάθοδο η σε άνοδο. Κατά την κάθοδό του ο κύλινδρος κινεί
περιστροφικά την ηλεκτρογεννήτρια δια του περιτυλιγμένου συρματόσχοινου στον
άξονα αυτής (παράγει ηλεκτρική ενέργεια), ενώ για την άνοδό του αντίθετα το
συρματόσχοινο περιτυλίγεται γύρω από τον άξονα του ηλεκτροκινητήρα,
συμπαρασύροντας τον κύλινδρο από το κατώτερο στο ανώτερο επίπεδο (καταναλώνει
ηλεκτρική ενέργεια). Κάθε φορά που υπάρχει περίσσια ηλεκτρική ενέργεια, οι
κύλινδροι μπορούν να ανυψώνονται και να αποθηκεύονται στο ανώτερο επίπεδο, με
σκοπό να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας όταν και όποτε
αυτή απαιτείται από το δίκτυο της κατανάλωσης.
Δυνατότητα εφαρμογής του
συστήματος αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα
Η όλη κατασκευή μιας τέτοιας μονάδας δυναμικής αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
είναι σχετικά εύκολη, δεν απαιτεί υψηλές και ακριβές τεχνολογικές υποδομές και
ταυτόχρονα μπορεί να εφαρμοστεί σχεδόν παντού και κυρίως στα νησιά, στην
πλειονότητα των οποίων υπάρχουν σχετικά
μεγάλες και ιδανικές υψομετρικές διαφορές, τουλάχιστον όμως παντού επαρκείς
για την αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος.
Η αποδοτικότητα, το κόστος κατασκευής και λειτουργίας του συστήματος είναι
εξαρτημένο από την προσφερόμενη υψομετρική διαφορά. Όσο μεγαλύτερη η υψομετρική
διαφορά των δύο επιπέδων, τόσο μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας μπορούν να
αποθηκευτούν και να ανακτηθούν ανά κύλινδρο. Συνεπώς το κόστος αποθήκευσης
του ρεύματος ανά ΚWh εξαρτάται αποκλειστικά και είναι αντιστρόφως ανάλογο με
την υψομετρική διαφορά
Η κατασκευή των κυλίνδρων από σκυρόδεμα είναι εφικτή σχεδόν παντού χωρίς ανάγκη
μεταφοράς, δεδομένου ότι παντού υπάρχουν οι απαραίτητες φυσικές πρώτες ύλες
(αδρανή υλικά, νερό και μόνον 8% τσιμέντο) και ταυτόχρονα δεν απαιτείται
ιδιαίτερος και εξειδικευμένος τεχνολογικός εξοπλισμός. Μεγάλης σημασίας επίσης
είναι το γεγονός ότι, μια τέτοια μονάδα Βαρυτικής
Αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
(Β.Α.Ε) δεν
επιβαρύνει το περιβάλλον, ούτε κατά την κατασκευή της, ούτε κατά την λειτουργία
της.
Τέλος ο σχεδόν απεριόριστος χρόνος ζωής, λόγο της μη γήρανσης των αδρανών
υλικών κατασκευής της, αλλά και οι περιορισμένες απαιτήσεις συντήρησης, την
καθιστούν ως την ανταγωνιστικότερη όλων των μέχρι σήμερα γνωστών μεθόδων
αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι υφιστάμενες μονάδες
αντλησιοταμίεσης και το σύστημα αποθήκευσης δυναμικής ενέργειας.
Τα ήδη υπάρχοντα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, καλούνται να αντιμετωπίσουν
την πρόκληση της συντήρησης ενέργειας για την κάλυψη αναγκών σε συνθήκες
αυξημένης ζήτησης. Γενικά με την εφαρμογή των συστημάτων αντλησιοταμίευσης
επιδιώκεται:
α. Να μειώσουμε το κόστος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας
β. Να αυξήσουμε τη διείσδυση στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας των
ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
γ. Να βελτιώσουμε την ποιότητα της ενέργειας (σταθεροποίηση της τάσης και της
συχνότητας του δικτύου).
Οι βασικές κατηγορίες αποθήκευσης ενέργειας είναι:
-Σε ηλεκτρική μορφή συνεχούς ρεύματος μέσω συσσωρευτών.
-Σε μηχανική μορφή υπό τη μορφή κινητικής ενέργειας σε σφόνδυλο
-Σε αεροφυλάκιο
-Σε υδραυλική μορφή μέσω άντλησης νερού από χαμηλότερη προς υψηλότερη στάθμη.
Από όλες τις μεθόδους αποθήκευσης ενέργειας, μόνο η αποθήκευση της σε μορφή
υδραυλικής ενέργειας και υπό μορφή πεπιεσμένου αέρα καλύπτουν την περιοχή
μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας, όποτε είναι εφαρμόσιμες στην περίπτωση ηλεκτρικού
δικτύου.
Συνοπτικά, παρουσιάζουν το ακόλουθα πλεονεκτήματα:
-Είναι αναστρέψιμες
μέθοδοι (αποθήκευση και τροφοδοσία του ηλεκτρικού δικτύου)
-Έχουν γρήγορη απόκριση
-Έχουν σχετικά υψηλό βαθμό απόδοσης
-Η μέθοδος Βαρυτικής Αποθήκευσης Ενέργειας (Β.Α.Ε), αποθήκευσης και ανάκτησης
ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της ανύψωσης κυλινδρικών μαζών, εκτός απ’τα
προηγούμενα, έρχεται να προσθέσει:
-Το χαμηλό κόστος
αποθήκευσης
-Την απλότητα των αναγκαίων υποδομών, εξοπλισμού και πρώτων υλών.
-Τη δυνατότητα αξιοποίησης του φυσικού περιβάλλοντος για την κατασκευή μεγάλου
μέρους των αναγκαίων υποδομών (πλαγιές, αντιπυρικές ζώνες δασών, φυσικά ξέφωτα
ως χώροι αποθήκευσης κυλίνδρων, λατομεία ως χώροι παραγωγής τους κλπ). Ο τρόπος
λειτουργίας του, ταιριάζει μάλιστα σε νησιωτικά ανάγλυφα που περιέχουν ορεινούς
όγκους, περιοχές δηλαδή ,με αυξημένες ανάγκες σε αποθηκευμένη ηλεκτρική
ενέργεια.
-Η λειτουργία του συστήματος δεν επηρεάζεται εύκολα από φυσικά φαινόμενα
-Το χαμηλότατο κόστος αποθηκευμένης ενέργειας, δίνει τη δυνατότητα για
μεγαλύτερη εφαρμογή, αξιοποίηση και βελτίωσή του.
Παραδείγματα εφαρμογής του συστήματος
Βαρυτικής
Αποθήκευσης ηλεκτρικής
ενέργειας (Β.Α.Ε)
Α. Σχέδιο
ενεργειακής αυτονομίας ΙΚΑΡΙΑΣ
με ΑΠΕ και Βαρυτική
Αποθήκευση ηλεκτρικής
ενέργειας (Β.Α.Ε)
Β. Σχέδιο ενεργειακής
αυτονομίας Γαύδου
με
ΑΠΕ και Βαρυτική
Αποθήκευση ηλεκτρικής
ενέργειας (Β.Α.Ε)
Α. Σχέδιο
ενεργειακής αυτονομίας ΙΚΑΡΙΑΣ
Δεδομένα:
Κάτοικοι:8.500
Συνολική ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας:
20.000
ΜWh (20.000.000 ΚWh)η 2.400 ΚWh/Κάτοικο
Συνολικό ετήσιο κόστος παραγωγής ηλεκτρικής
ενέργειας(Ντιζελοκίνητες Η/Γ με μέγιστη ισχύ
7 ΜW): 7.500.000 Ευρώ(0,375 Ευρώ ανά ΚWh)
Αντικατάση
100% ηλεκτροπαραγωγής με ΑΠΕ
Επιλογή:
Αιολική και Φωτοβολταικά,
συνδυασμός που εξασφαλίζει σχετικά ομαλές διακυμάνσεις σε όλες τις εποχές του χρόνου,
δεδομένου ότι το χειμώνα υπάρχει αυξημένη παραγωγή ρεύματος από Αιολικά και
μειωμένη από Φ/Β και το αντίθετο το καλοκαίρι
Απαιτουμένη
συνολική ισχύ ΑΠΕ:
Η ελάχιστη συνολική ετήσια απόδοση των επιλεγμένων ΑΠΕ ανέρχεται
σε 1.600 ΚWh/ ΚW/ έτος εγκατεστημένη
Ισχύ, δηλαδή για να καλύψουμε την συνολική κατανάλωση των 20.000.000
ΚWh/έτος χρειαζόμαστε συνολική
εγκατεστημένη ισχύ 12.500 ΚW (12,5
ΜW), για ασφάλεια 13 ΜW)
Κόστος
κατασκευής ΑΠΕ:
Το κόστος εγκατάστασης ΑΠΕ(Αιολική και Φ/Β) ανέρχεται σήμερα σε 1.000.000 Ευρώ ανά ΜW, δηλαδή η
συνολική επένδυση ΑΠΕ θα ανέλθει συνολικά σε 13.000.000 Ευρώ
Διαστασιολόγηση
και κόστος κατασκευής Μονάδας ενέργειας
(Β.Α.Ε)
Η Ικαρία έχει μέγιστη συνολική ετήσια κατανάλωση ρεύματος
<20.000 ΜWh/χρόνο, μέγιστη ημερήσια κατανάλωση ρεύματος <60 ΜWh/ημέρα( η
60.000 ΚWh/ημέρα), διαθέτει υψόμετρο >735 μέτρα και υπαρκτές πρώτες ύλες. Με
υψόμετρο μεγαλύτερο από 735 μέτρα η απόδοση μονάδας (Β.Α.Ε) θα ανέρχεται σε 2 ΚWh/
τόνο και συνεπώς θα χρειαστεί μια μονάδα με κυλίνδρους συνολικού βάρους
τουλάχιστον 30.000 τόνων για να διασφαλίσουμε αποθήκη με επάρκεια αυτονομίας
24 ώρες (30.000 τόνοι . 2 ΚWh/ τόνο = 60.000 ΚWh/ημέρα). Το κόστος
κατασκευής των κυλινδρικών τροχών από σκυρόδεμα εξαρτάται κυρίως από το κόστος
παραγωγής του ετοίμου σκυροδέματος. Οι εμπορικές τιμές του ετοίμου σκυροδέματος
είναι σήμερα περίπου 50 ευρώ / m3 ακόμη και για πολύ μικρές ποσότητες. Συνεπώς
το κόστος κατασκευής για τόσο μεγάλες καταναλώσεις και μάλιστα επί τόπου τού
έργου χωρίς μεταφορικό κόστος, με βεβαιότητα θα μπορεί να μειωθεί σημαντικά.
Χάριν ευκολίας όμως στην προκριμένη περίπτωση λαμβάνουμε ως βάση υπολογισμού ο
εμπορικό τρέχον κόστος του σκυροδέματος που είναι περίπου 50 ευρώ / m3, το
οποίο κόστος μεταφράζεται σε περίπου 20 ευρώ / τόνο (ειδικό βάρος
σκυροδέματος 2,5 τόνοι/m3). Σύμφωνα με αυτές τις ρεαλιστικές παραδοχές το
κόστος των κυλίνδρων θα ανέλθει σε 30.000 τόνοι χ 20 ευρώ/τόνος= 600.000 ευρώ,
το κόστος χωματουργικών <500.000 ευρώ και του ηλεκτρομηχανολογικού
εξοπλισμού <500.000 ευρώ(Η/Γ με μέγιστη συνολική ισχύ ασφαλείας 10 ΜW), συνολικά δηλαδή η μονάδα θα
κοστίσει περί τα 1.600.000 ευρώ, αλλά για λόγους ασφαλείας θα υπολογίσουμε
το διπλάσιο κόστος ήτοι 3.000.000
ευρώ.
Συνολικό
Κόστος συστήματος ΑΠΕ+ Β.Α.Ε (σε Ευρώ)
1.ΑΠΕ = 13.000.000
2.Β.Α.Ε = 3.000.000
4.Διάφορα /
Απρόβλεπτα=
2.000.000
-----------------------------------------------------------
Σύνολο = 15.000.000
Χρόνος απόσβεσης
κεφαλαίου:
α. Με βάση τις
σημερινές ετήσιες δαπάνες 7.500.000 Ευρώ
= 2 χρόνια.
(Δηλαδή αν διαθέσουμε τις σημερινές
ετήσιες δαπάνες των 7.500.000 Ευρώ για
αποπληρωμή του επενδυτικού κόστους αντί για
καύσιμα και λειτουργία των
Ντίζελογεννητριών)
β. Με βάση
συμβατικά επιχειρηματικά κριτήρια
.. Χρόνος απόσβεσης μονάδων >30 χρόνια,
δηλαδή = 500.000 Ευρώ/χρόνο
.. τόκοι κεφαλαίου
= 500.000 Ευρώ/χρόνο
.. Λειτουργικό κόστος(Εργατικά/
συντήρηση) =
500.000 Ευρώ/ χρόνο
.. Διάφορα / Απρόβλεπτα = 500.000 Ευρώ/χρόνο
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Σύνολο ετήσιου
κόστους = 2.000.000 Ευρώ/χρόνο
Συνεπώς
το συνολικό ετήσιο κόστος της παραγόμενης και αποθηκευόμενης ηλεκτρικής
ενέργειας θα ανέρχεται σε 2.000.000 ευρώ, η 100 Ευρώ/ ΜWh, (2.000.000 ευρώ :
20.000 ΜWh/χρόνο =100 Ευρώ/ ΜWh)
σε αντίθεση με την σημερινή κατάσταση που
κοστίζει σχεδόν το τετραπλάσιο= 7.500.000, η 365 Ευρώ/ ΜWh
Αξίζει να σημειωθεί, ότι ισχύουσες
τρέχουσες τιμές αποζημίωσης των ΑΠΕ για την ενέργεια που εκχύουν στο δίκτυο
ανέρχονται σε περίπου 90 Ευρώ/ ΜWh ( φυσικά που εμπεριέχει
και το απαραίτητο κέρδος για τον επενδυτή)
Β. Σχέδιο ενεργειακής αυτονομίας Γαύδου
με ΑΠΕ και Βαρυτική
Αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας (Β.Α.Ε)
Δεδομένα:
Κάτοικοι:150
Συνολική ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής
ενέργειας:
400 ΜWh (400.000 ΚWh)η 2.650
ΚWh/Κάτοικο
Συνολικό ετήσιο κόστος παραγωγής ηλεκτρικής
ενέργειας (Ντιζελοκίνητες Η/Γ με μέγιστη ισχύ
0,5 ΜW): 220.000 Ευρώ(0,55
Ευρώ ανά ΚWh)
Αντικατάσταση 100% ηλεκτροπαραγωγής με ΑΠΕ
Επιλογή: Αιολική και Φωτοβολταικά,
συνδυασμός που εξασφαλίζει σχετικά ομαλές διακυμάνσεις σε όλες τις εποχές του χρόνου,
δεδομένου ότι το χειμώνα υπάρχει αυξημένη παραγωγή ρεύματος από Αιολικά και
μειωμένη από Φ/Β και το αντίθετο το καλοκαίρι
Απαιτουμένη συνολική ισχύ ΑΠΕ:
Η ελάχιστη συνολική ετήσια απόδοση των
επιλεγμένων ΑΠΕ ανέρχεται σε 1.600 ΚWh/ ΚW/ έτος σε εγκατεστημένη Ισχύ, δηλαδή
για να καλύψουμε την συνολική κατανάλωση των 400.000 ΚWh/έτος χρειαζόμαστε συνολική εγκατεστημένη ισχύ 250
ΚW (0,25 ΜW, για ασφάλεια 0,3 ΜW)
Κόστος κατασκευής ΑΠΕ:
Το κόστος εγκατάστασης ΑΠΕ(Αιολική και Φ/Β)
ανέρχεται σήμερα σε 1.000.000 Ευρώ ανά
ΜW, δηλαδή η συνολική επένδυση ΑΠΕ θα ανέλθει συνολικά σε 300.000 Ευρώ
Κόστος κατασκευής Βαρυτικής Αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας (Β.Α.Ε)
Η Ικαρία έχει μέγιστη συνολική ετήσια κατανάλωση ρεύματος
<400 ΜWh/χρόνο, μέγιστη ημερήσια κατανάλωση ρεύματος <1,2 ΜWh/ημέρα( η
1.200 ΚWh/ημέρα), διαθέτει υψόμετρο >320 μέτρα και υπαρκτές πρώτες ύλες. Με
υψόμετρο μεγαλύτερο από 320 μέτρα η απόδοση μονάδας (Β.Α.Ε)
θα ανέρχεται σε Ε_δυν = m.g.h (όπου m μάζα σε kg, g η επιτάχυνση της βαρύτητας
9,81 m/s^2, h το ύψος σε μέτρα)
1.000 kg . 9,81 m/s^2 . 300 m= 2.943.000 : 3.600= 820 Wh h 0,82 KWh με συντελεστή απόδοσης 80%= 0,65 KWh / τόνο και συνεπώς θα χρειαστεί μια μονάδα με κυλίνδρους
συνολικού βάρους τουλάχιστον 1.850 τόνων (στρογγυλοποίηση 2.000 τόνοι) για να
διασφαλίσουμε αποθήκη με επάρκεια αυτονομίας 24 ώρες. Το κόστος
κατασκευής των κυλινδρικών τροχών από σκυρόδεμα εξαρτάται κυρίως από το κόστος
παραγωγής του ετοίμου σκυροδέματος. Οι εμπορικές τιμές του ετοίμου σκυροδέματος
είναι σήμερα περίπου 50 ευρώ / m3 ακόμη και για πολύ μικρές ποσότητες. Συνεπώς
το κόστος κατασκευής για τόσο μεγάλες καταναλώσεις και μάλιστα επί τόπου τού
έργου χωρίς μεταφορικό κόστος, με βεβαιότητα θα μπορεί να μειωθεί σημαντικά.
Χάριν ευκολίας όμως στην προκριμένη περίπτωση λαμβάνουμε ως βάση υπολογισμού ο
εμπορικό τρέχον κόστος του σκυροδέματος που είναι περίπου 50 ευρώ / m3, το
οποίο κόστος μεταφράζεται σε περίπου 20 ευρώ / τόνο (ειδικό βάρος
σκυροδέματος 2,5 τόνοι/m3). Σύμφωνα με αυτές τις ρεαλιστικές παραδοχές το
κόστος των κυλίνδρων θα ανέλθει σε 2.000 τόνοι χ 20 ευρώ/τόνος= 40.000 ευρώ, το
κόστος χωματουργικών <30.000 ευρώ και του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού
<30.000 ευρώ (Η/Γ με μέγιστη συνολική ισχύ ασφαλείας 0,5 ΜW), συνολικά δηλαδή η μονάδα θα
κοστίσει περί τα 100.000 ευρώ, αλλά για λόγους ασφαλείας 150.000 ευρώ.
Συνολικό Κόστος συστήματος ΑΠΕ+ Β.Α.Ε (σε Ευρώ)
1.ΑΠΕ
= 150.000
2.Β.Α.Ε
= 300.000
4.Διάφορα /
Απρόβλεπτα=
50.000
-----------------------------------------------------------
Σύνολο =
500.000
Χρόνος
απόσβεσης κεφαλαίου:
Α. Με βάση τις σημερινές ετήσιες δαπάνες 220.000 Ευρώ = 2,3 χρόνια.
(Δηλαδή αν διαθέσουμε τις σημερινές ετήσιες δαπάνες των 220.000 Ευρώ
για
αποπληρωμή του επενδυτικού κόστους αντί για καύσιμα και λειτουργία
των
Ντίζελογεννητριών)
Β. Με βάση συμβατικά
επιχειρηματικά κριτήρια
.. Χρόνος απόσβεσης μονάδων= 30 χρόνια, δηλαδή= 17.000
Ευρώ/χρόνο
.. τόκοι κεφαλαίου (δάνειο 10 χρόνια) = 20.000 Ευρώ/χρόνο
..
Λειτουργικό κόστος (Εργατικά/ συντήρηση) =
30.000 Ευρώ/ χρόνο
.. Διάφορα / Απρόβλεπτα
= 3.000 Ευρώ/χρόνο
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Σύνολο
ετήσιου κόστους
= 70.000 Ευρώ/χρόνο
Συνεπώς το συνολικό ετήσιο κόστος της
παραγόμενης και αποθηκευόμενης ηλεκτρικής ενέργειας θα ανέρχεται σε 70.000
ευρώ, η 175 Ευρώ/ ΜWh,
σε
αντίθεση με την σημερινή κατάσταση που κοστίζει σχεδόν το τριπλάσιο= 220.000, η
550 Ευρώ/ ΜWh
ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΥΡΕΣΥΤΕΧΝΙΑΣ
Κατάθεση αίτησης χορήγησης Διπλώματος
Ευρεσιτεχνίας στον Οργανισμό Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας(ΟΒΙ)
Αρ. Κατ. 20120100151 από
12.03.2012
Εφευρέτης: Βασίλειος Τσολακίδης
Τίτλος: «Μέθοδος και
μηχανισμός αποθήκευσης και ανάκτησης ηλεκτρικής ενέργειας δια υψομετρικής
ανύψωσης κυλινδρικών μαζών κυλιόμενων επί
επικλινούς εδάφους»
