Κυριακή, 24 Απριλίου 2011

Ανασκόπηση -- 2) Ενέργεια και ηλεκτρική ενέργεια


Τα παρακάτω είναι περιγραφική περίληψη για ποιητές και φιλοσόφους (και για καθηγητές του ΕΜΠ και πολιτικούς που έχουν προσκυνήσει το αιολικό λόμπυ).  Απέφυγα τους πολλούς συνδέσμους, που εξ άλλου φαίνονται στα tags δεξιά, κάτω.

Α. Ενέργεια

Υπάρχουν πολλών ειδών πηγές ενέργειας και χρήσεις ενέργειας. Οι χρήσεις ενέργειας είναι για μετακίνηση (αυτοκίνητα, αεροπλάνα, πλοία) για παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος (οικιακού και βιομηχανικού), για οικιακή θέρμανση και για βιομηχανικές εφαρμογές που χρειάζονται θερμότητα (πχ το τσιμέντο ή ο χάλυβας). Η ενέργεια για παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος είναι υποσύνολο της συνολικής ενέργειας.

Οι πηγές συνολικής ενέργειας είναι το πετρέλαιο, το κάρβουνο, το φυσικό αέριο, η βιομάζα, η πυρηνική, τα υδροηλεκτρικά, και άλλα. Τα «άλλα» περιλαμβάνουν τα ηλιακά, τα αιολικά, την γεωθερμία, τα φωτοβολταϊκά κλπ. Το πετρέλαιο πάει κυρίως για μετακίνηση και μεταφορές, και θέρμανση. Το κάρβουνο πάει κυρίως στην ηλεκτροπαραγωγή και την βιομηχανία. Το αέριο για θέρμανση, ηλεκτροπαραγωγή και την βιομηχανία. Η βιομάζα είναι σημαντικό ποσοστό και πάει σε οικιακή χρήση (πολλή σε φτωχές και υπανάπτυκτες χώρες). Η πυρηνική και τα υδροηλεκτρικά είναι αποκλειστικά για ηλεκτρικό ρεύμα.


Τα παραπάνω γραφήματα (τα έχω ξαναδείξει) δείχνουν τις διάφορες πηγές και τις διάφορες χρήσεις ενέργειας. Το σημαντικό είναι οι τάξεις μεγέθους. Οι ΑΠΕ (πλην υδροηλεκτρικών) είναι ασήμαντες. Η λέξη "ασήμαντες" σημαίνει ότι, ενεργειακά, οι ΑΠΕ δεν έχουν σημασία.  Οι διάφορες θεωρίες περί υποκατάστασης των συμβατικών πηγών από ΑΠΕ προσκρούουν σε αυτές και μόνο τις τάξεις μεγέθους . Αυτές οι διαφορές, και το γεγονός ότι ο περισσότερος κόσμος δεν δίνει σημασία στις θεωρίες καταστροφολογίας και εσχατολογίας (αλλά απλά προσπαθεί να επιζήσεις με φως, θέρμανση, βιομηχανία και μετακίνηση) καθιστούν την όλη συζήτηση περί ΑΠΕ έναν γραφικό (αλλά ακριβό) παραλογισμό. Ωστόσο, αυτός ο παραλογισμός έχει καλλιεργηθεί με βασική σκοπιμότητα τον περιορισμό της ζήτησης ενέργειας στον Τρίτο κόσμο και την επικερδή πώληση βιομηχανικών προϊόντων δήθεν παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ στον Δεύτερο.


Υπάρχει το βάσιμο επιχείρημα ότι κάποτε θα τελειώσουν τα ορυκτά καύσιμα. Αυτό είναι λογικό, αλλά δεν λέει «πότε» και «πώς». Το «πότε», έχει την τάση να μετατοπίζεται στο μέλλον από 1) νέες τεχνολογίες εξόρυξης ορυκτών καυσίμων και πυρηνικής ενέργειας και 2) αλλαγές στην ζήτηση από την ευρύτερη οικονομική δραστηριότητα. Υπάρχουν διάφορα μοντέλα για το «πότε» θα συμβούν όλα αυτά.  Πρόλαβα μοντέλο που προέβλεπε το τέλος του πετρελαίου το 1995.  Κάποτε, όλα τελειώνουν, και το ηλιακό μας σύστημα θα τελειώσει.  Το «πώς» είναι περισσότερο αντικείμενο εσχατολογίας και επιστημονικής φαντασίας. Ιστορικά, οι άνθρωποι αυξομειώνονται και είμαστε σαφώς σε …αυξητική φάση. Η προσπάθεια υποκατάστασης συμβατικής ενέργειας από ΑΠΕ, απλά θα κάνει πλούσιους και θα παρατείνει την άνεση αυτών που τις πουλάνε. Μην μπερδεύουμε τις εσχατολογικές μας ανησυχίες με το πώς θα γίνει πλούσια η ΤΕΡΝΑ, η Siemens ή η Iberdrola.

Έχω μαζέψει επίσης γενικά στοιχεία για συμβατικές μορφές ενέργειας,, που αφορούν κυρίως την ηλεκτροπαραγωγή από αυτές τις πηγές, και υπάρχουν στα tags "πετρέλαιο", "κάρβουνο", "αέριο", και "υδροηλεκτρικά". Τα στοιχεία που έχω μαζέψει δεν αποτελούν πλήρη μελέτη, αλλά αυτά που μου φάνηκαν ενδιαφέροντα όταν έγραφα. Για παράδειγμα, στο αέριο και στο πετρέλαιο βλέπω περισσότερο ενδιαφέρον σε γεωπολιτικά θέματα, αγωγούς, το Μεγάλο Παιχνίδι κλπ. Επομένως αυτά που παρουσιάζω είναι η προσωπική μου προσέγγιση στο θέμα, μάλλον, παρά πλήρης εγκυκλοπαιδική καταγραφή.

Β. Ηλεκτρική ενέργεια

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι υποσύνολο της συνολικής ενέργειας, αλλά η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος καταναλώνει το μεγαλύτερο ποσοστό (περίπου 57%) της συνολικής ενέργειας, από τις πηγές που ανέφερα παραπάνω. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει ένα θεμελιώδες πρόβλημα: Η περισσότερη παράγεται με μηχανήματα που υπόκεινται σε θεμελιώδεις και απαράβατους νόμους της Φυσικής από τους οποίους προκύπτει ότι από 100 μονάδες αρχικής ενέργειας, μόνο οι 40-50% μετατρέπονται σε ρεύμα και οι υπόλοιπες πάνε «χαμένες» σε θερμότητα που ενώ έχει «ενεργειακό περιεχόμενο» αυτό είναι χαμηλής «ποιότητας» και δεν μπορεί να παράξει κι άλλο ρεύμα. Το δε ποσοστό 40-50% εξαρτάται τόσο από τα συγκεκριμένα μηχανήματα και καύσιμα όσο και από την διαδικασία της παραγωγής ρεύματος. Γενικά, τα ακριβά μηχανήματα επιτρέπουν υψηλή απόδοση. Τα φτηνά, χαμηλή απόδοση. Η χαμηλή απόδοση παράγει λιγότερο ρεύμα με υψηλότερη κατανάλωση καυσίμου και εκπομπή ρύπων, η υψηλή απόδοση παράγει περισσότερο ρεύμα με λιγότερα καύσιμα και λιγότερους ρύπους. Μία πλούσια, καλοδιαχειριζόμενη χώρα τείνει να έχει τα ακριβότερα μηχανήματα. Μια χώρα με πολλή διαφθορά έχει τα φτηνά μηχανήματα αλλά τα πληρώνει ακριβά. Η διαφορά μεταξύ της απόδοσης του 40% και του 50% είναι μάλλον πιο σημαντική στην ενεργειακή κατανάλωση και τους ρύπους, από οποιοδήποτε πρόγραμμα ΑΠΕ. Η προώθηση ηλεκτρικής ενέργειας για θέρμανση και μεταφορά, προϋποθέτει πολύ και φθηνό ρεύμα.

Το ηλεκτρικό ρεύμα έχει άλλη μία ιδιαιτερότητα: Μεταφέρεται με δίκτυο καλωδίων, που εκτός από κόστος έχει και απώλειες στην μεταφορά. Οι απώλειες μειώνονται εάν τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής είναι κοντά στην κατανάλωση, ή εάν υπάρχει ακριβό σύστημα μεταφοράς, με ακριβά καλώδια. Συχνά τα εργοστάσια δεν είναι κοντά στην κατανάλωση όχι μόνο επειδή ο πολύς κόσμος δεν τα θέλει κοντά του, αλλά επειδή συμφέρει να είναι κοντά στην πηγή του καυσίμου, π.χ., λιγνίτη. Τα δίκτυα μεταφοράς είναι ακριβά. Η θεωρητική χρήση της Γυάρου για αιολική ενέργεια, ή της Νεβάδας ή της Σαχάρας για ηλιακή, προσκρούουν στο κόστος και τις απώλειες μεταφοράς, δεδομένης της χαμηλής διαθεσιμότητας τόσο του αιολικού όσο και του φωτοβολταϊκού ρεύματος.

Άλλη ιδιαιτερότητα είναι η πιθανή αξιοποίηση της χαμένης θερμότητας: Το ότι 50% έως 60% της ενέργειας για την παραγωγή ρεύματος πάει χαμένη σε «χαμηλής ποιότητας» θερμότητα σημαίνει ότι υπάρχουν οφέλη στην χρησιμοποίηση αυτής της θερμότητας εάν αυτό είναι εφικτό. Π.χ., μία πόλη 5.000-10.000 ατόμων, σε κρύο κλίμα, με αυτόνομη μονάδα ηλεκτροπαραγωγής, μπορεί να χρησιμοποιήσει σημαντικό ποσοστό της χαμένης θερμότητας για να ζεσταίνεται τον χειμώνα και (με πρόσθετο κόστος) να δροσίζεται το καλοκαίρι. Ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κάποια βιομηχανική δραστηριότητα που την χρειάζεται (π.χ στέγνωμα ή προθέρμανση κάποιου υλικού).  Αυτή είναι η ΣΥΘΗΑ ή cogeneration.  Μια χαρά, σε ειδικές περιπτώσεις, εάν έχεις τα κεφάλαια.

Για τις διάφορες πηγές ενέργειας εκτός από τα γενικά στοιχεία που ανέφερα παραπάνω, έχω μαζέψει λίγα περισσότερα στοιχεία για το κάρβουνο, και για το «τι κάνουν οι άλλες χώρες». Έχω αναφερθεί στις σχετικά μεγάλες χώρες ή τις Ευρωπαϊκές για τις οποίες υπάρχουν εύκολα στοιχεία, και αυτές είναι οι ΗΠΑ, η Γερμανία, η Αγγλία, και η Γαλλία.  Ειδικά, τα στοιχεία της Γερμανίας, που μάλλον προωθεί όλη την άσκηση, είναι εκπληκτικά:  Με 22.000 εγκατεστημένα αιολικά μεγαβάτ παρέχει μόλις το 6,3% της ηλεκτρικής ζήτησης, και είναι προφανές ότι με άλλα 22.000 δεν μπορεί να πάει στο 12,6%.  Το έχει πει και η μελέτη της Ε.ΟΝ, από το 2005.  Τα αιολικά, σαν τρόπος συμβατικής ηλεκτροδότησης είναι ένα ακριβό αδιέξοδο.  Προσέθεσα την Δανία και τις Σκανδιναβικές χώρες λόγω της διαφημισμένης αλλά παραπλανητικής τους σχέσης με τις ΑΠΕ, και την Ισπανία λόγω επικαιρότητας. Η Ισπανία είναι μία θλιβερή περίπτωση:  Γεμάτη αιολικά, κατάφερε έναν μήνα,που φυσούσε συνέχεια, να περάσει το 20%. Και τους υπόλοιπους;

Τα αιολικά και τα φωτοβολταϊκά, δεν αποτελούν σημαντική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο αλλά καλή συζήτηση για επιδοτήσεις προς όφελος αυτών που τα προωθούν. Πρόκειται για βασικά Ευρωπαϊκή άσκηση. Σενάρια υπάρχουν άφθονα, κάθε ένα με τις παραδοχές του και τα προωθούν οι διάφοροι κατασκευαστές μηχανημάτων. Το κόστος ή αποσιωπάται, ή έχει πολλά μηδενικά μετά τους πρώτους αριθμούς.

Γ. Το κόστος του ρεύματος


Το κόστος του ρεύματος είναι δύσκολο να προϋπολογιστεί γιατί επηρεάζεται από πολλές τεχνικές, γεωγραφικές και διοικητικές παραμέτρους. Βασικά υπάρχει ο διαχωρισμός της ισχύος βάσης και ισχύος αιχμής και η διαχείριση της διαφοράς τους. Η ισχύς βάσης δίνει συνήθως το φθηνότερο ρεύμα (και με μεγαλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα) από την ισχύ αιχμής. Το συνολικό κόστος έχει δύο συστατικά: Το «σταθερό» (που περιλαμβάνει και το κόστος κεφαλαίου) και το «μεταβλητό» που είναι κυρίως το κόστος καυσίμου. Οι μελέτες για το συνολικό κόστος (ανά κιλοβατώρα) καταλήγουν στο γενικό συμπέρασμα ότι το κάρβουνο και τα πυρηνικά δίνουν το φθηνότερο ρεύμα, και το αέριο, όπου υπάρχει πολύ και απρόσκοπτο αέριο, και τα υδροηλεκτρικά όπου υπάρχει η κατάλληλη γεωμορφία και νερά. Τα αιολικά είναι ακριβότερα από τις συμβατικές πηγές . Το μείζον πρόβλημά τους ωστόσο είναι ότι δεν παράγουν ρεύμα όταν το χρειάζεται το δίκτυο. Η προσπάθεια παράκαμψης αυτού του προβλήματος με περισσότερες διασυνδέσεις ή/και αντλησιοταμιεύσεις, απλά ανεβάζει το κόστος εκθετικά. Τα φωτοβολταϊκά, για την ώρα είναι πανάκριβα.

Τα αιολικά είναι περίεργα, γιατί δεν δίνουν ρεύμα ούτε για ισχύ βάσης, ούτε για ισχύ αιχμής. Τα αιολικά, εάν υπάρχουν, μπορούν να υποκαταστήσουν ισχύ αιχμής, και μόνο εάν αυτή είναι ακριβότερη, και μόνο όταν φυσάει. Οι αιολικοί πάντα επιχειρηματολογούν ότι τα κάρβουνο πρέπει να φορολογείται με φόρο …κάρβουνου, και ότι τα πυρηνικά έχουν επιδοτηθεί πολύ και έχουν άλλους κινδύνους. Δυστυχώς, όσο και εάν επιδοτηθούν τα αιολικά, και όσο και εάν φορολογηθούν τα συμβατικά, δεν παρακάμπτεται το πρόβλημα ότι τα αιολικά δεν παράγουν ρεύμα με προβλέψιμο τρόπο. Η επιδότηση των αιολικών είναι βασικά μη ανταποδοτική.  Αντλησιοταμιεύσεις και διασυνδέσεις μειώνουν κατά τι το πρόβλημα σε ημερήσια βάση αλλά με εκθετικά αυξανόμενο κόστος και ποτέ για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους.

Οι κατ' επάγγλεμα «Πράσινοι», για κάποιο λόγο, δεν καταλαβαίνουν, ή παριστάνουν ότι δεν καταλαβαίνουν, θέματα που έχουν σχέση με λεφτά, κόστος, κεφάλαια κλπ. Ίσως παραμένουν μικρά παιδιά και θεωρούν ότι το κόστος είναι για τους «μεγάλους» ή, απλά, όχι δικό τους πρόβλημα (και τους βολεύει να παίζουν με ξένα λεφτά).  Και αναφέρομαι στα τρωκτικά, και όχι στους ειλικρινείς με οικολογικές ευαισθησίες, όλοι ξέρουμε την διαφορά.

Εάν υπάρχει μία λακωνική περίληψη για το θέμα των ενεργειακών και των ηλεκτροπαραγωγικών επιλογών, είναι πέντε λέξεις στα αγγλικά: There is no free lunch. Το πλήρες νόημα αυτών των πέντε λέξεων (δυστυχώς) δύσκολα αποδίδεται στην γλώσσα μας.

Δ. Το (ηλεκτροπαραγωγικό) ενεργειακό μέλλον

Αν και έχουν κυκλοφορήσει μελέτες ότι είναι εφικτό ο κόσμος να τροφοδοτείται μόνο από ΑΠΕ μέχρι το …2050, είμαι σίγουρος ότι είναι εφικτό να φτιάξω μία μελέτη που μας δείχνει να ζούμε όλοι στον Άρη μέχρι το 2100 (νομίζω ότι υπάρχει και σχετική ταινία επιστημονικής φαντασίας).

Υπάρχει αυτό το κλασσικό παράδειγμα με την ηλιακή ενέργεια που πέφτει στην Σαχάρα και πόσο μικρό ποσοστό αυτής αρκεί για να ηλεκτροδοτήσει την Ευρώπη. Αυτό είναι αντίστοιχο του πόσο πολύ και εύκολο δευτέριο (ισότοπο του υδρογόνου) υπάρχει στην θάλασσα και πόσο αυτό φτάνει για τις ενεργειακές μας ανάγκες στον αιώνα τον άπαντα. Εάν η Σαχάρα ήταν ελεύθερη, εάν οι βερβερίνοι πλήρωναν για τα ηλιοθερμικά, εάν οι παραμεσόγειοι πλήρωναν για την διασύνδεση, εάν υπήρχε και τρόπος αποθήκευσης του ρεύματος, πληρωμένος από κάποιον άλλον, τότε, ναι, σίγουρα η Γερμανία θα είχε ρεύμα από την Σαχάρα.

Γενικά οι μελλοντολογίες είναι καλές για κοινωνικές εκδηλώσεις και ευγενικές χορηγίες. Είμαι σίγουρος ότι οι Γερμανοί έκαναν σχέδια το 1900 για τον κόσμο μέχρι το 1940, ή το 1940 για τον κόσμο μέχρι το 1980. Κάπως έτσι και τώρα…


Θεωρώ λίγο πιο αξιόπιστη την μελλοντολογία κατά ExxonMobil για την ηλεκτροπαραγωγή μέχρι το 2030. Προέβλεπε στάσιμη την Ευρώπη και την Αμερική και ανάπτυξη στην Ασία. Στην Ευρώπη και την Αμερική προέβλεπε υποκατάσταση κάρβουνου από αέριο και μικρή αύξηση της πυρηνικής, και μεγάλη αύξηση στην Ασία με πολύ κάρβουνο και αύξηση σε αέριο και πυρηνική. Προέβλεπε και ΑΠΕ (βασικά Υ/Η). Ήδη το πλάνο αυτό, μετά το Fukushima, μάλλον θέλει αναθεώρηση και αδυνατώ να αξιολογήσω τα γεγονότα στην Βόρεια Αφρική.

Χριστός Ανέστη!

2 σχόλια:

Ανώνυμος είπε...

Από τότε που η ενέργεια (μαζί και η ηλεκτρική) έγινε από προϊόν ανθρώπινης ανάγκης, χρηματιστηριακό προϊόν, άλλαξαν πολλά.

Πάνω απ' όλα χάσαμε τον εαυτό μας ...

Καλό Πάσχα!

spiral architect

Ανώνυμος είπε...

Αληθώς Ανέστη!

Η απάτη φαίνεται στο 0,3%! Πόσο να γίνει το 0,3%? 0,6%? 1,2%? Χ... η φοράδα στ αλώνι!