Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: λίγη απλή αριθμητική

Τελευταία γίνετα (ξανά) πολύς λόγος για την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ), και συγκεκριμένα της ηλιακής και της αιολικής. Από το Μάρτιο του τρέχοντος έτους αποτελεί νόμο του κράτους (ν. 4062/2012, κάντε κλικ εδώ για το ΦΕΚ) το πρόγραμμα ΗΛΙΟΣ με σκοπό της παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση ΑΠΕ και την εξαγωγή της στις χώρες της Κεντρικής Ευρώπης. Στον ίδιο νόμο διευθετούνται επιπλέον ζητήματα που αφορούν την εγκατάσταση σταθμών παραγωγής πάνω σε αγροτική γη υψηλής παραγωγικότητας και γενικά θεσμοθετείται μια διαδικασία fast track για την κατασκευή και λειτουργία σταθμών παραγωγής. Αξίζει να σημειωθεί ότι με τον ίδιο νόμο προωθείται η "αξιοποίηση" (βλ. ιδιωτικοποίηση και τσιμεντοποίηση) του Ελληνικού θάβοντας οριστικά το όνειρο για τη δημιουργία μητροπολιτικού πάρκου (βλ. εδώ και εδώ).

Επιπλέον, με την υπ' αριθμ. 2499/2012 απόφαση της ολομέλειας του ΣτΕ είναι υπό προϋποθέσεις συνταγματικά επιτρεπτή η εγκατάσταση αιολικού πάρκου σε αναδασωτέα έκταση. Στο ΣτΕ είχε προσφύγει ο Δήμος Θίσβης Βοιωτίας ζητώντας να ακυρωθεί η έγκριση των περιβαλλοντικών όρων για τη δημιουργία αιολικού "πάρκου" ισχύος 36 MW σε αναδασωτέα έκταση του Ελικώνα. Τελικά το αιολικό πάρκο θα κατασκευαστεί εκεί, όπως και σε όποια άλλη περιοχή της χώρας είναι αναδασωτέα "προκειμένου να εκτελεστεί έργο, το οποίο αποβλέπει στην εξυπηρέτηση ανάγκης με ιδιαίτερη κοινωνική, εθνική ή οικονομική σημασία" (αντιγράφω από το κείμενο της απόφασης).

Η άποψη μου για τις ΑΠΕ είναι ότι σε καμμία περίπτωση δε μπορούν να αποτελέσουν λύση για την εποχή όπου τα ορυκτά καύσιμα θα έχουν εξαντληθεί στα πλαίσια του κυρίαρχου καταναλωτικού κοινωνικού μοντέλου. Η ενέργεια που μπορούν να παρέχουν είναι πολύ λίγη, πολύ ακριβή και πολύ διαλείπουσα για να καλύψει τις ανάγκες μιας κοινωνίας με στόχο τη συνεχή ανάπτυξη και την διαρκή αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας και αγαθών. Οι ΑΠΕ πιθανώς να αποτελέσουν λύση ανάγκης στο μέλλον αλλά όχι στη μορφή και την κλίμακα που προωθούνται σήμερα. Σήμερα απλώς αποτελούν μια μηχανή επιδοτήσεων και διοχέτευσης δημόσιων εκτάσεων και χρήματος σε ιδιωτικές εταιρίες, με αμφίβολα περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη.

Δυστυχώς γύρω από τις ΑΠΕ, τους περιορισμούς τους και τα πραγματικά μεγέθη τους υπάρχει άγνοια, πάνω στην οποία βασίζεται η εντύπωση πολλών ότι εκχωρώντας τη λίγη και πολύτιμη γη μας για παραγωγή ελάχιστου και διαλείποντος ηλεκτρισμού θα εφοδιάσουμε την Ευρώπη με τεράστιες ποσότητες ενέργειας και θα "ξεπληρώσουμε το χρέος". Παρακάτω δίνω κάποιους απλούς υπολογισμούς που δείχνουν ποιά είναι τα μεγέθη της παραγόμενης ενέργειας με ΑΠΕ σε σύγκριση με την ενέργεια που καταναλώνεται στη χώρα αλλά και τις απαιτήσεις των ΑΠΕ σε χώρο αλλά και κόστος.

Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι θέλουμε να καλύψουμε σε μεγάλο βαθμό τις ενεργειακές μας ανάγκες με τη χρήση ΑΠΕ. Η συνολική παραγόμενη ενέργεια στην Ελλάδα σε ετήσια βάση είναι περίπου 60.000 GWh. Η εξέλιξη της παραγόμενης ενέργειας και η σχετική συνεισφορά σε αυτόν κάθε τρόπου παραγωγής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

(Πηγή: http://www.ypeka.gr/Default.aspx?tabid=277)

 
1. Αιολική ενέργεια

• Με μια απλή αναζήτηση στο διαδίκτυο, μπορεί κανείς να βρει τις αναρτήσεις στη "Διαύγεια" που αφορούν αιολικά πάρκα (πχ. βλ. εδώ (Μελίσσι Θηβών), εδώ (Καψάλα Διστόμου) και εδώ (Κάρυστος Ευβοίας)). Από εκεί βλέπουμε εύκολα ότι οι ισχείς των ανεμογεννητριών που εγκαθίστανται είναι μεταξύ 0,6 και 3 MW, πχ Αλιβέρι Ευβοίας 0,6 - 0,85 MW, Τρίκερι Μαγνησίας 2 MW, Νάξος 2,3 MW και Κάρυστος 3 MW. Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι κατά μέσο όρο μια ανεμογεννήτρια έχει εγκατεστημένη ισχύ 2,3 MW.
• Μέσα σε ένα χρόνο, αν η ανεμογεννήτρια δούλευε κάθε στιγμή στη μέγιστη ισχύ της, θα απέδιδε ενέργεια ίση με 2,3 MW * 365 ημέρες ανά έτος * 24 ώρες = 20.148 MWh ή 20,148 GWh.
• Η πραγματική όμως απόδοση μέσα σε ένα χρόνο προφανώς δεν είναι η παραπάνω, καθώς ο άνεμος δεν έχει την ίδια ταχύτητα συνεχώς. Ο αριθμός 20,148 GWh πρέπει να πολλαπλασιαστεί με ένα συντελεστή που ονομάζεται capacity factor (βλ. σχετικό άρθρο στη Wikipedia) και λόγω της μεταβλητότητας του ανέμου μπορεί να υπολογιστεί μόνο στατιστικά. Μια εκτίμηση του συντελεστή αυτού είναι γύρω στο 25% (βλ. εδώ και εδώ). Έτσι, η συνολικά παραγόμενη ενέργεια από μια ανεμογεννήτρια εκτιμάται κατά μέσο όρο σε 20,148 * 0,25 = 5,037 GWh.
• Αν υποθέσουμε λοιπόν ότι θα θέλαμε όλη η ενέργεια που καταναλώνουμε να παράγεται από ανεμογεννήτριες, θα θέλαμε περίπου 60.000 GWh / 5,037 = 11.912 ανεμογεννήτριες! Αν όλες αυτές τις βάζαμε σε μια γραμμή, με μια μέση απόσταση 150 m μεταξύ τους, η γραμμή θα είχε μήκος περίπου 1800 Km!

Κάτι τέτοιο δεν είναι εφικτό αλλά μας δίνει μια εικόνα των μεγεθών για τα οποία μιλάμε. Ας υποθέσουμε ξανά ότι το κάνουμε αυτό και μετατρέπουμε τη χώρα σε ένα τεράστιο αιολικό πάρκο. Τι κερδίζουμε από αυτό και με ποιό κόστος; Κερδίζουμε μια διαλείπουσα παροχή ηλεκτρικού ρεύματος η οποία είναι αδύνατο να υποστηρίξει κάθε χρονική στιγμή την πλήρη τροφοδοσία της χώρας με ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα δίκτυο μεταφοράς (grid) δε μπορεί να εξασφαλίσει σταθερότητα με τόσο μεταβλητή είσοδο με αποτέλεσμα να υπάρχει συνεχώς ανισσοροπία μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης και αναπόφευκτα συνεχείς διακοπές ή/και εκ περιτροπής τροφοδοσία περιοχών του δικτύου. Για να αποφευχθεί αυτό, πρέπει εκτός από το τεράστιο αιολικό πάρκο, να διατηρηθούν και οι περισσότεροι από τους υπάρχοντες σταθμοί παραγωγής (λιγνίτη, φυσικού αερίου, πετρελαίου κλπ), οι οποίοι θα λειτουργούν σε κατάσταση αναμονής (παράγοντας ρύπους και CO2) για να αντιμετωπίσουν τις όποιες μεταβολές στην παραγόμενη αιολική ενέργεια.

Με ποιό κόστος όλα αυτά; Με μια απλή αναζήτηση στο διαδίκτυο για προϋπολογισμούς έργων ΑΠΕ, μπορεί κανείς να δεί ότι η μέση τιμή του προυπολογισμού των αιολικών πάρκων είναι περίπου 4 εκατ. € για ανεμογεννήτρια (βλ εδώ και εδώ, με μια απλή διαίρεση). Επομένως, οι 11.912 ανεμογεννήτριες θα κόστιζαν "μόνο" 11.912 * 4 εκατ. € = 50 δις €!

Και πόσες θέσεις εργασίας θα δημιουργούνταν από αυτό το εγχείρημα; Σύμφωνα με ότι αναφέρεται εδώ για το τεράστιο σχεδιαζόμενο αιολικό πάρκο στο Βέρμιο, οι 174 ανεμογεννήτριες θα δημιουργήσουν 30-40 μόνιμες θέσεις εργασίας, οπότε με απλή μέθοδο των τριών, οι 11.912 γεννήτριές μας, θα δημιουργήσουν περίπου 2.400 θέσεις εργασίας. Πραγματική ευκαιρία, με κόστος ~20 εκ. € ανά θέση εργασίας...

2. Φωτοβολταϊκά (Φ/Β)

• Πάλι με μια απλή αναζήτηση στο διαδίκτυο, μπορεί κανείς να βρει τις αναρτήσεις στη Διαύγεια που αφορούν τους σταθμούς παραγωγής. Εκεί, θα βρει κανείς τις απαιτήσεις σε γη των φωτοβολταικών ανά μονάδα εγκατεστημένης ισχύος. Οι απαιτήσεις αυτές έχουν μεγάλες διακυμάνσεις: κυμαίνονται μεταξύ 28 τ.μ. για κάθε KWp (βλ εδώ) και 72 τ.μ. για κάθε KWp (βλ. εδώ). Τα νούμερα προκύπτουν με μια απλή διαίρεση της έκτασης του οικοπέδου με την εγκατεστημένη ισχύ. Για τους υπολογισμούς που θα κάνουμε στη συνέχεια, ας υποθέσουμε μια μέση τιμή γύρω στα 40 τ.μ. για κάθε KWp.
• Στα φωτοβολταικά, η εγκατεστημένη ισχύς εκφράζεται σε KWp, όπου το p σημαίνει peak (αιχμή). Είναι η ισχύς που αποδίδεται από το Φ/Β σύστημα σε κατάσταση πλήρους ηλιοφάνειας όπου η προσπίπτουσα ηλιακή ισχύς είναι 1000W/m2 και η θερμοκρασία 25°C. Όπως στην αιολική ενέργεια, έτσι κι εδώ, υπεισέρχεται ένας συντελεστής σαν τον capacity factor, ο οποίος εξαρτάται από τη θέση του σταθμού. Από τα στοιχεία που δίνει το ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας), "1 kWp Φ/Β κρυσταλλικού Πυριτίου έχει επιφάνεια 8 με 10 τ.μ. ανάλογα με την απόδοση που διαθέτει και παράγει κατά μέσο όρο 1.350 kWh AC το χρόνο (με ηλιοφάνεια Αττικής), πάνω σε σταθερή βάση στήριξης". Από τα παραπάνω μπορούμε να εκτιμήσουμε έναν capacity factor: αν το σύστημα δούλευε σε κατάσταση αιχμής, θα παρήγαγε 1ΚW * 365 ημέρες * 24 ώρες = 8760 KWh. Οπότε ο capacity factor είναι 1.350 / 8.760, δηλαδή περίπου 15%.
• Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να καλύψουμε τις ανάγκες μας σε ηλεκτρική ενέργεια, δηλαδή να έχουμε τις 60.000 GWh που χρειαζόμαστε. Από αυτές τις 60.000, τουλάχιστο τις 25.000 τις χρειαζόμαστε είτε νύχτα είτε σε χρονικές περιόδους που η ηλιοφάνεια είναι χαμηλή. Σε ένα σενάριο πλήρους απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα, αυτές τις 25.000 GWh θα τις παίρναμε από υδρογόνο, το οποίο θα παράγονταν με τη χρήση ηλιακής ενέργειας: η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρογόνου, το υδρογόνο αποθηκεύεται και στη συνέχεια "καίγεται" σε κυψέλες καυσίμου για να μας παρέχει ηλεκτρική ενέργεια το χρονικό διάστημα όπου δεν υπάρχει ηλιακή ενέργεια. Για να γίνει αυτό σε εμπορική κλίμακα, πρέπει να λυθούν πάρα πολλά ακόμα τεχνικά ζητήματα. Ακόμα όμως κι αν αυτό γίνει εφικτό, η παραγωγή υδρογόνου και η μετέπειτα καύση του, οδηγεί σε απώλειες γύρω στο 75% (βλ. για παράδειγμα εδώ και το άρθρο Energy cost analysis of a solar-hydrogen hybrid energy system for stand-alone applications, J. Lagorse et al., Int. J. Hydrogen Energy, 33 (2008), p. 2871). Έτσι γι' αυτές τις 25.000 GWh της νύχτας, θα χρειαστεί να παράγουμε 100.000 GWh κατά τη διάρκεια της μέρας. Έτσι χρειαζόμαστε συνολικά 100.000 GWh + 35.000 GWh, ήτοι 135.000 GWh.
• Αναφέραμε στην αρχή ότι απαιτούνται περίπου 40 τ.μ. γης για κάθε KWp, δηλαδή αντιστρέφοντας, 0,025 KWp σε κάθε τ.μ. Με βάση έναν capacity factor 15%, σε κάθε τ.μ. αντιστοιχούν 0,025 * 0,15 = 0,00375 KW ισχύος. Έτσι, από σε κάθε τ.μ. γης, η ενέργεια που λαμβάνουμε σε ένα έτος είναι 0,00375 ΚW * 365 ημέρες * 24 ώρες = 32,85 KWh ή 0,00003285 GWh (αφού 1 KWh = 0.000001 GWh).
• Έτσι, για να βρούμε πόσα τετραγωνικά γης χρειαζόμαστε τελικά, αρκεί να διαιρέσουμε τις 135.000 GWh με τις 0,00003285 GWh που μας δίνει το ένα τετραγωνικό. Το αποτέλεσμα είναι 4.109 τετραγωνικά χιλιόμετρα! Η έκταση αυτή αντιστοιχεί περίπου σε ΟΛΗ την έκταση του νομού Ευβοίας.

Για να εκτιμήσουμε το κόστος μόνο των Φ/Β συστημάτων που απαιτούνται, πάλι από τα στοιχεία του ΚΑΠΕ, η εγκατάσταση κάθε KWp κοστίζει περίπου 5.000 €. Εμείς "χρειαζόμαστε" 135.000 GWh / 8760 / 0.15 = 102,73 GWp, δηλαδή 102,74 εκατομύρια KWp. Επί 5.000 € για κάθε KWp, μας κάνει ένα κόστος 513,7 δισεκατομύρια €!  Και αυτό μόνο για την εγκατάσταση των Φ/Β, χωρίς να υπολογίζουμε το κόστος των συστημάτων παραγωγής, αποθήκευσης, μεταφοράς και καύσης του υδρογόνου! Αν δε θέλουμε (ή δεν υπάρχει η τεχνική / οικονομική δυνατότητα) για αποθήκευση μέσω υδρογόνου, χρειαζόμαστε εφεδρική ισχύ ίση με το 100% της εγκατεστημένης για την περίοδο της νύχτας.

Όλα τα παραπάνω απέχουν πολύ από το να είναι πραγματικά σενάρια, και οι υπολογισμοί είναι κάπως χονδρικοί, όπως του Θανάση Βέγγου στο ακόλουθο βιντεάκι.

Μας δείχνουν όμως ποιά είναι τα πραγματικά μεγέθη των ΑΠΕ και καταδεικνύουν ότι οι ΑΠΕ είναι αδύνατο να συντηρήσουν ένα οικονομικό και κοινωνικό μοντέλο βασισμένο στην κατανάλωση και την αέναη ανάπτυξη. Η απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα είτε θα επαναφέρει αναγκαστικά στο προσκήνιο την πυρηνική ενέργεια είτε θα οδηγήσει σε μια δραματική πτώση της κατανάλωσης ενέργειας και κατά συνέπεια και του βιοτικού επιπέδου.

Διαβάστε επίσης και τις σχετικές αναρτήσεις:

Αιολική ενέργεια: βιώσιμη λύση για το μέλλον ή απάτη;

Οι αυταπάτες της αιολικής ενέργειας