ΑΡΧΑΙΑ ΙΘΩΜΗ

PD Dr.-Ing. Georg Chaziteodorou  Bleibergweg 114 D-40885 Ratingen  Tel.+Fax: 0049 2102 32513    E-Mail: chaziteo@t-online.de                                                                                                                                                                                                                                     

       11.06.2021

Γ. Θ. Χατζηθεοδωρου

Η κατεξοχην ενεργειακη πηγη του πλανητη Γη ειναι η ηλιακη ενεργεια.

Η φυση του πλανητη αυτου και μαζι της το κλιμα ποτε δεν ηταν σταθερα μεγεθη.

Ο θερμοστατης του πλανητη αυτου ειναι ενα πολυ ευαισθητο οργανο.

Η αποσταση μεταξυ των ζωντων κατοικων του και του θανατου ειναι πολυ μικρη.

Οι ανθρωποι ακομη δεν γνωριζουν πολλα πραγματα για τους μηχανισμους που μπορουν να επιδρασουν πολυ γρηγορα στο «θερμομετρο» της Γης, δηλαδη δεν γνωριζουν ακομη ποια κατασταση στο μελλον θα ειναι η πιθανωτερη, η κατασταση του θανατηφορου ψυχους ‘η του θανατηφορου καυσωνα;

Η αστρονομια διδασκει οτι η ευκρατος κλιματικως γηινη ζωνη λογω της μεταπτωτικης κινησης του αξονα της Γης στρεφεται προς τον Ηλιο καθε 12.808 χρονια (25.816 : 2) μια φορα σε μεγαλη αποσταση οπως στην εποχη μας και μια φορα σε μικρη αποσταση οπως πριν 134.000 χρονια.

Κατα τον Πλατωνα (25, Καταστροφικα) υψωνεται γι’ αυτο για πολυ καιρο καταστροφικα για τις παραλιακες περιοχες η σταθμη της θαλασσας.

 Οι κυμανσεις στην γηινη τροχια γυρω απο τον Ηλιο (παραλλαγες στην εκκεντρικοτητα της γηινης τροχιας, παραλλαγες στην γωνια κλισεως του γηινου αξονα και ακριβεια στην ισημερια) δημιουργουν τους κυκλους των  Παγετωνων.

 Ο Ηλιος, παρ’ολο που η αποσταση του απο την Γη αυξανεται καθε 100 χρονια κατα 10 μετρα, θα διατηρει την σημερινη του κατασταση, οσο η πιεση που παραγεται απο την ακτινοβολια θα βρισκεται σε ισορροπια με την δυναμη της βαρυτητας.

Με την καταστροφη της ισορροπιας των δυο αυτων δυναμεων μεταβαλλεται ο Ηλιος σε μια μαυρη τρυπα ‘η σε ενα πολυ αραιο νεφαιλωμα αεριου.

Η ισορροπια συνεπως μεταξυ της εντροπιας και της βαρυτητας καθοριζει την δομη ολων των αστερων.

Ο ανταγωνισμος των δυο αυτων δυναμεων αποτελει κσι την μηχανη παραγωγης περαν των αστερων και αυτην των πλανητων και γαλαξιων και αλλων μεγαλυτερων δομων του συμπαντος κοσσμου.

Η κατα μεσο ορο ετησια κατανομη της ηλιακης ενεργειας σε kWh ανα τετραγωνικο μετρο επιπεδης γηινης επιφανειας στην Ελλαδα

δειχνει οτι νοτια της Ηπειρου, Μακεδονιας και Θρακης και σε ολοκληρο σχεδον τον νησιωτικο χωρο, αυτη κειται μεταξυ 1600 και μεγαλυτερη των 1900 kWh ανα τετραγωνικο μετρο οριζοντιας επιφανειας.

Η αποδοση συνεπως των φωτοβολτα’ι’κων συστηματων

Και των ηλιακων θερμοσιφωνων στην χωρα μας ειναι πιο μεγαλυτερη και απο τις περισσοτερες χωρες μελη της Ε.Ε.

Ετσι η λιακη ενεργεια θα χρησιμοποιειται ακομα και στην ψυξη, με το φαινομενο του ηλιακου κλιματισμου και κατ’ επεκταση θα αντικαταστησει στην Ελλαδα και την χρηση των κλιματιστικων.     

Το φως του Ηλιου μεταφερει ενεργεια και στα ατομα του αερος της γηινης ατμοσφαιρας και δη ετησιως 3, 72 x 10 στην 14 ΤW  ανα τετραγωνικο μετρο.

(1 TW ετησιως = 10 στην 12 W x  8766 Ωρες = 8,7 x 10 στην 16 W.h =8,7 x 10 στην 12 kWh = 1,1 δισεκατομμυρια τοννους μοναδων γαιανθρακος;  1 τοννος μοναδων γαιανθρακος = 760.000 kg γαιανθρακος =  0,65 τοννους ισοδυναμο του πετρελαιου = 745 κυβικα μετρα φυσικο αεριο).

 Η πυκνοτητα ισχυος 62.600 KW της ηλιακης ακτινοβολιας, ανταποκρινεται  σε μια θερμοκρασια των 5487 βαθμων Κελσιου της ηλιακης επιφανειας.

Η πυκνοτητα ισχυος της ηλιακης ακτινοβολιας στην γηινη επιφανεια ανερχεταιι το μεγιστο μονο σε 1 KW ανα τετραγωνικο μετρο ενω στην επιφανεια του Ηλιου ειναι 62.600 KW ανα τετραγωνικο μετρο.

Και αυτο διοτι η ηλιακη ακτινοβολια εκπεμπεται αραιωμενη προς τον πλανητη Γη με μικρη γωνιαν χωρου (7 χ 10 στην πλην 5 Steratians).

Ετσι μονο μια μικρη ποσοτητα της ηλιακης ενεργειας καταληγει στην γηινη ατμοσφαια (Τροποσφαιρα, Στρατοσφαιρα, Μεσοσφαιρα και Ιονοσφαιρα ‘η Θερμοσφαιρα) και στην επιφανεια του πλανητη Γη.

Τα  178.000 TW ηλιακης ενεργειας της ηλιακης ενεργειας προς την Γη  αντανακλουνται ετησιως υπο μορφη βραχεων κυματων  στα υψηλα αερια στρωματα του πλανητουτη μας.

 Η γηινη επιφανεια αντανακλα ετησιως υπο μορφην μακρεων κυματων μικρη των περιπου 68.000 ΤW ετησιως.

H εξατμιση και η ανοδος του υδατος των θελασσων απαιτει ετησιως περιπου 40.000 TW.

 Κατα την διαδρομη της φωτοσυνθεσης λαμβανει η βιομαζα ετησιως περιπου 50 TW και τα μετατρεπει με την βοηθεια της χλωροφιλης σε χημικη ενεργεια υπο μορφην κοιτασματων ανθρακος και υδρογονανθρακων.

Η ενεργεια ακτινοβολιας που θερμανει τον αερα και μετακινει ανεμους και κυματα ειναι σχετικα μικρη.

Η ηλιακη θερμοτητα εξατμιζει καθημερινα στην Τροποσφαιρα απο τα νερα των θαλασσων, λιμνων, ποταμων και της γηινης επιφανειας τρισεκατομμυρια τοννους νερο.

Η ενεργεια αυτη αποθηκευεται σε ατμους εως οτου αυτη απελευθερωθει με την συμπικνωση.

Ο θερμος και ξερος αερας δρα σαν ενα σφουγγαρι που απορροφα υγρασια εως οτου αυτο κορευθει.

Με την ψηξη των κορευμενων αεριων μαζων ελευθερωνεται το υδωρ και πεφτει στην γηινη επιφανεια ως βροχη, ανθρακος και Υδρογονανθρακων, χιονι ‘η χαλαζι.

Η δημιουργια υδατος και παγου στα συννεφα ελευθερωνει τεραστιες ποσοτητες θερμοτητας η οποια επιδρα κατα της επεκτασης της τηξεως.

Επειδη ο Ηλιος θερμαινει ανισα την περιστρεφομενη  και κεκλιμενη Γη, δημιουργουνται στην γηινη ατμοσφαιρα τεραστιες περιοχες με υψηλα και χαμηλα πεδια πιεσης.

 Οταν οι μεγαλες μαζες αερος περιστρεφονται, θερμαινοντας, επεκτεινονται και ανερχονται, ενω αλλες κρυωνουν, συσσωρευονται και κατερχονται.

Η μετακινηση τεραστιων μαζων αερος απο τα υψηλα προς τα χαμηλα πεδια πιεσης δημιουργει τοσο ηπια αερια στρωματα οσο και πολλες φορες καταστροφικες ανεμωδης καταστασεις.

Για να ερμηνευθουν ορισμενα φαινομενα στην Τροποσφαιρα της γηινης ατμοσφαιρας, που ειναι αποτελεσμα της περιστροφης της Γης γυρω απο τον αξονα της και απο δυτικα προς ανατολικα, πρεπει να ληφθουν υποψη η φυγοκεντρος και η δυναμη καριολης, στην οποια οφειλονται οι αληγεις και οι αντεληγεις ανεμοι.

 Οι αληγεις ανεμοι ειναι μαζες αερος οι οποιες κινουνται πανω απο την γηινη επιφανεια και δη απο την ζωνη των υψηλων πιεσεων (γεωγραφικο πλατος 30 βαθμων) προς την ζωνη των χαμηλων πιεσεων του ισημερινου.

Τα αερια αυτα ρευματα εχουν στο βορειο ημισφαιριο διευθυνση απο βορρα προς νοτον.

Οταν ομως κατερχονται, διαρκως εκτρεπονται προς τα δεξια και ετσι γινονται στα κατωτερα γεωγραφικα πλατη βορειοανατολικοι ‘η νοτιοανατολικοι ανεμοι.

Παρομοιο φαινομενο παρατηρειται και στους αντεληγεις ανεμους, οι οποιοι σχηματιζονται στα ανωτερα υψη και πνεουν αντιθετα προς τους αληγεις ανεμους.

Το ιδιο αποτελεσμα δημιουργει η δυναμη καριολης σε καθε ρευμα αερος.

Για τον λογο αυτο τα ρευματα αερος που συγκλινουν προς ενα κεντρο χαμιλων πιεσεων (κυκλωνας) ‘η αναχωρουν απο ενα κεντρο υψηλων πιεσεων (αντικυκλωνας), δεν σχηματιζουν ακτινοειδη σχηματα, αλλα μονο τοξα.

Στο επιπεδο του ισημερινου, η αερια μαζα περιστρεφεται διατρεχοντας 40.000 χιλιομετρα σε 25 ωρες (465 μετρα ανα δευτερολεπτο), ενω στον 60^ο παραλληλο που περναει απο το Οσλο της Φιλανδιας και εχει μηκος 22.000 χιλιομετρα, η ταχυτητα εριστροφης ειναι 273 μετρα ανα δευτερολεπτο.

 Οι μεσες ετησιες ταχυτητες του ανεμου στις διαφορες περιοχες της Ελλαδος κυριως της βορειου και του νησιωτικου χωρου κεινουται μεταξυ 7 και 10 μετρα ανα δευτερολεπτο που σημαινει οτι το αιολικο δυναμικο της χωρας μπορει να προσφερει ενα σημαντικο κομματι στην πιτα της μεταμορφωμενης ηλεκτρικης ενεργειας.

Τα αερια ρευματα Jet σε υψη 9.000 εωσ 11.000 μετρα κινουντα με ταχυτητες εως 3000 χιλιομετρα την ωρα και μπορουν να επιδρασουν τις καιρικες συνθηκες που επικρατουν τα ρευματα αυτα στις ηπειρους του πλανητη Γη.

Με μια καθετο επεκταση απο περισσοτερα χιλιομετρα και ενα οριζοντιο πλατος μεγαλυτερο των 160 χιλιομετρων, περικυκλωνουν τα ως ανω ρευματα τον πλανητη μας.

Χωρις Ενεργεια δεν μπορει να κινηθει καμμια διαδικασια της Φυσικης και κατ’ επεκταση και η ζωη και η διατηρηση αυτης.

Το ενεργειακο προβλημα, απασχολισε την ανθρωποτητα σοβαρα με τις ενεργειακες κρισεις του 1970 και απασχολει σημερα λογω της αλογιστης πληθυσμιακης αναπτυξης στον πλανητη μας, που υπερβαινει τα 7,4 δισεκατομμυρια και αναμενεται να υπερβει  το ετος 2100 τα 11 δισεκατομμυρια ανθρωπους.

Η ανθρωποτητα οδηγειται συνεπως σε ενα τεραστιο αδιεξοδο το οποιο μεταξυ αλλων πρεπει να αντιμετωπισθει αποτελεσματικα και  με νεους υβριδικους σταθμους ηλεκτρικης ενεργειας, δηλαδη με μεγιστοποιηση της συμμετοχης μοναδων Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας στην καλυψη της εκαστοτε συγκεκριμενης ζητησης που δεν προσεγγιζεται λογω κλιματικων συσχετισεων με την φιλοσοφια της ενεργειακης μεταμορφωσης του συμβατικου συστηματος, η οποια στηριζεται ακομη κυριως σε θερμοηλεκτρικες μοναδες και σπανιοτερα σε υδροστροβιλους, αλλα μπορει να επιτευχθει με την συνδιασμενη λειτουργεια των μοναδων Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας με μοναδες αποθηκευσης και εφεδρειας.

Συνεπως ενας υβριδικος σταθμος που εχει διαρκειας ζωης κατα μεσον ορον 20 χρονια, μεγιστοποιει την διεισδυση των μοναδων Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας.  Ενας υβριδικος σταθμος  ενεργειας αποτελειται απο

Ι.  Μοναδες Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας

ΙΙ. Μοναδες Αποθηκευσης Ενεργειας και απο

ΙΙΙ. Μοναδες Εφεδρειας Ενεργειας

Αυτες εχουν ως εξης: μοναδες Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας

(αιολικα παρκα, φωτοβολτα’ι’κοι σταθμοι, ηλιακοι συλλεκτες, διεργεση ρευματος αερος εντος ενος κυλινδρικου πυργου απο σκυροδεμα και μεταβολλη της ενεργειας του ρευματος με ρυθμιζομενη πιεση ανεμοσυμπιεστων σε μηχανικη και μεσω γεννητριων σε ηλεκτρικη ενεργεια,  υδροηλεκτρικοι σταθμοι).   

• μοναδες Αποθηκευσης Ενεργειας που μπορει να ειναι αναστρεψιμοι υδροηλεκτρικοι σταθμοι (αντλησιοταμιευτηρες),

μεγαλες δεξαμενες νερου, μοναδες παραγωγης υδρογονου και ηλεκτροχημικοι συσσωρευτες τυπου κυψελης καυσιμου.                                     

Μια κυψελη καυσιμου αποτελειται απο μια ανοδο, μια καθοδο και μια μεμβρανη ηλεκτρολυτη.

Λειτουργει περνωντας υδρογονο μεσω της ανοδου και του οξυγονου μεσω της καθοδου.

Στην ανοδο, τα μορια του υδρογονου χωριζονται σε ηλεκτρονια και πρωτονια.

Τα πρωτονια διερχονται μεσω της μεμβρανης ηλεκτρολυτη, ενω τα ηλεκτρονια ωθουνται μεσω κυκλωματος, δημιουργωντας ηλεκτρικο ρευμα και θερμοτητα.

 Στην καθοδο, τα πρωτονια, τα ηλεκτρονια και το οξυγονο συνδιαζονται για να παραγουν μορια νερου. 

Τετοιες κυψελες καυσιμου μπορουν να συγκεντρωθουν μεταξυ τους για να σχηματισουν στοιβες, και με την σειρα τους αυτες οι στοιβες μπορουν να συνδυαστουν σε μεγαλυτερα συστηματα που ποικιλουν σημαντικα σε μεγεθος και ισχυ, απο φορητα συστηματα για επαναφορτιση μπαταριων κινητων εως αντικαταστασεις κινητηρων καυσης για ηλεκτρικα οχηματα, σε μεγαλες μοναδες πολλαπλων MW που παρεχουν ηλεκτρικη ενεργεια απευθειας στο ηλεκτρικο δικτυο.                                        

Οι κυψελες καυσιμου διακρινονται σε τετοιες Τετηγμενου Ανθρακος, Μεμβρανης Ανταλλαγης Πρωτονιων, Φωσφορικου Οξεος, Στερεου Οξειδιου, Αμεσης Μεθανολης και σε  Αλκαλικες.

Οι κυψελες καυσιμου Τετηγμενου Ανθρακος

λειτουργουν σε θερμοκρασιες ανω των 650 βαθμων Κελσιου, που επιτρεπουν την χρησιμοποιηση καταλυτων εκτος πλατινας μεσω της «εσωτερικης αναμορφωσης» του φυσικου αεριου σε υδρογονο στο ιδιο συστημα.                                                             Οι πιο κοινες μεθοδοι αναμορφωσης φυσικου αεριου ειναι, η αναμορφωση ατμου, η μερικη οξειδωση, η αυτοθερμικη αναμορφωση και η πυρολυση.

Οι κυψελες αυτες παρεχουν  υψηλης ποιοτητας πρωτογενους και εφεδρικης ενεργειας στις  επιχειρησεις.

Οι κυψελες καυσιμου Μεμβρανης Ανταλλαγης Πρωτονιων χρησιμοποιουν πολυμερη μεμβρανη για τον ηλεκτρολυτη και συνηθως πλατινα για τον καταλυτη και λειτουργουν μεταξυ 27 (χαμηλης)και 93 (υψηλης) βαθμους Κελσιου θερμοκρασιας.

Οι κυψελες αυτες ειναι καταλληλες για αυτοκινητα και αλλα ειδικα οχηματα που πρεπει να ξεκινησουν γρηγορα ‘η να επιταχυνθουν.

Οι κυψελες καυσιμου Φωσφορικου Οξεος χρησιμοποιουν υγρο φωσφορικο οξυ και κεραμικο ηλεκτρολυτη και καταλυτη λευκοχρυσο και λειτουργουν φυσικα παρομοια οπως οι κυψελες Μεμβρανης Ανταλλαγης Πρωτονιων αλλα σε υψηλοτερη θερμοκρασια και χρησιμοποιυνται σε λειτουργια συμπαραγωγης ηλεκτρικης ενεργειας και θερμοτητας για θερμανση και ψυξη σε νοσοκομεια, σχολεια και κεντρα παραγωγης και επεξεργασιας.

Οι κυψελες καυσιμου Στερεου Οξειδιου χρησιμοποιουν πυκνο στρωμα κεραμικου ως ηλεξτρολυτη και λειτουργουν σε θερμοκρασια περιπου 980 βαθμους Κελσιου που επιτρεπει την αγωγιμοτητα των ιοντων οξυγονου.

Οι κυψελες αυτες χρησιμοποιουν εναν καταλυτη εκτος πλατινας που χρησιμοποιει εσωτερικη αναμορφωση φυσικου αεριου και χρησιμοποιουνται σε μικρες βοηθητικες οικιακες μοναδες που τροφοδοτουν με θερμοτητα και ηλεκτρικη ενεργεια τα σπιτια, μεχρι μεγαλης κλιμακας στατικες γεννητριες.    

 Οι κυψελες καυσιμου Αμεσης Μεθανολης χρησιμοποιουν μια πολυμερικη μεμβρανη ως ηλεκτρλυτη και καταλυτη πλατινας.

Το υδρογονο το αντλουν απο υγρη μαθανολη και λειτουργουν σε θερμοκρασιες μεταξυ 51 και 122 βαθμους Κελσιου.

Οι κυψελες αυτες χρησιμοποιουνται σε μικρα ηλεκτρονικα, οπως φορτιστες  μπαταριων και φορητους υπολογιστες και για στατικη εφδρικη ισχυ για τηλεπικοινωνιες.

Οι Αλκαλικες Κυψελες Καυσιμο   χρησιμοποιουν πορωδεις ηλεκτρολυτες κορεσμενους με αλκαλικο διαλυμα και εχουν αλκαλικη μεμβρανη, εγιναν δε γνωστες για τον ρολο τους στην αποστολη της NASA, Apollo, για την παροχη νερου και ηλεκτρισμου στο πληρωμα.

Ως πηγη  καυσιμου χρησιμοποιηται το υδρογονο.

Το υδρογονο ως καυσιμο παρουσιαζει πολλα πλεονεκτηματα στις πρακτικες εφαρμογες των κυψελων καυσιμου, στις οποιες η αποθηκευση του γινεται απαταιτητη για την λειτουργια τους.

Στις πρακτικες εφαρμογες το υδρογονο μπορει να αποθηκευτει σαν συμπιεσμενο αεριο, σαν υγροποιημενο αεριο και σαν στερεο δεσμευμενο σε μεταλλικα υδριδια.

Στην χημεια υπαρχουν τα ιονικα (υδριδια Μαγνησιου), τα ομοιοπολικα (υδριδιο του Βηρυλλιου) και τα διμεταλλικα (με μεταλλα σπανιων γαιων).

Για την αποθηκευση του υδρογονου  ιδανικα ειναι τα υδριδια μεταλλων, που αντιστρεπτα μπορουν να απορροφουν και να απελευθερωνουν υδρογονο, λειτουργωντας σαν ενα σφουγγαρι.

      Τα συστηματα κυψελων καυσιμου διεφερουν ουσιαστικα το ενα απο το αλλο και δεν ειναι ακομη σαφες ποιο συστημα εχει τις καλυτερες μελλοντικες προοπτικες.

Ο λογος που η NASA επελεξε το υδρογονο και οξυγονο  σε κρυογονικη μορφη για τις διαστημικες πτησεις ειναι οτι το υδρογονο ειναι το πιο ελαφρυ καυσιμο απο πλευρας ειδικης ενεργειας (147 MU/kg ‘η 39,44 kWh/kg) και το οξυγονο το ελαφρυτερο οξειδωτικο.

Το μεγαλυτερο σκαφος αποθηκευσης της ΝΑSΑ εχει χωρητικοτητα 1 εκατομμυριο λιτρα, που ενεργειακα αντιστοιχουν σε 100 εκατομμυρια kWh.                                                              

Ως προς τον χωρο αποθηκευσης του υδρογονου, αλλη ειναι η κλιμακα μεγεθους οταν προκειται για μεταμορφωση ηλεκτρικης ενεργειας για βιομηχανικη ‘η οικιακη χρηση και αλλη στις μεταφορες και γενικα στην αυτοκινηση.  

Για μικρης κλιμακας εφαρμογες σε αυτοκινητα ‘η λεωφορια το υδρογονο συμπιεζεται σε κυλινδρους απο ανοξειδωτο χαλυβα σε πιεσεις της ταξης των 10 εως 350 bar, με εναν απωτερο στοχο τα 700 bar.

Τα κυρια μειονεκτημαρα σχετιζονται με τις σχετικα χαμηλες ογκομετρικες και σταθμικες πυκνοτητες αποθηκευσης.

Ενα αλλο σημαντικο μειονεκτημα για την διαδεδομενη χρηση της μεθοδου συμπιεσης του υδρογονου ειναι η φοβια του κοινου για τα θεματα ασφαλειας που σχετιζονται με τις εξαιρετικα υψηλες πιεσεις των δοχειων  υδρογονου κατα την λειτουργια ενος κοινου επιβατικου αυτοκινητου. 

Μια αλλη λυση αποτελει η αποθηκευση υγροποιημενου υδρογονου.

Αυτο αποθηκευεται σε ατμοσφαιρικη πιεση σε κρυογενικες δεξαμενες σε θερμοκρασια -253 βαθμους Κελσιου με πυκνοτητα 70.8 γραμμαρια ανα λιτρο, η οποια ειναι σχεδον διπλασια της πυκνοτητας του συμπιεσμενου υδρογονου στα 700 bar.

Μια κρυογενη δεξαμενι υδρογονου 68 λιτρων μπορει να περιεχει περιπου 5 χιλιογραμμα υγροποιημενου υδρογονο, το οποιο ειναι επαρκες για να κινησει ενα επιβατικο αυτοκινητο για αποσταση 500 χιλιομετρων.

Δεξαμενες υγροποιημενου υδρογονου μπορουν να γεμισουν σε σχετικα μικρο χρονικο διαστημα και ειναι πολυ πιο ασφαλεις σε κρυοογενικες θερμοκρασιες απο οτι οι υψηλης πιεσης δεξαμενες υδρογονου.

Μια αλλη εναλλακτικη μεθοδος αποθηκευσης υδρογονου αποτελει η αποθηκευση σε απλα κρυσταλλικα μεταλλικα υδρυδια με την απορρφηση δηλαδη ενσωματωση του υδρογονου σε ατομικη μορφη στις ενδοθετες θεσεις του κρυσταλλικου πλεγματος μεσα απο μια σειρα σταδιων σε σχετικα χαμηλες πιεσεις (μικροτερες των 150 bar) και θερμοκρασια δωματιου που παρεχει το πλεονεκτημα της αυξημενης ασφαλειας σε σχεση με τις συμβατικες τεχνολογιες οπου απαιτειται ειτε πολυ υψηλγ πιεση ειτε πολυ χαμηλη θερμοκρασια.

Κατα την διαδικασια αυτη το υδρογονο απορροφαται απο τον κυριο ογκο του υλικου που δρα ως  σπογγος.

Η προσροφηση λαμβανει χωρα μεσα απο την αλληλοεπιδραση των μοριων του υδρογονου με τα τοιχωματα

των πορων του προσροφητικου υλικου και διακρινεται σε φυσικη και χημικη ροφηση αναλογα με τις δυναμεις προσροφησης που λαμβανουν χωρα σε καθε περιπτωση.

Ενα σημαντικο αρνητικο της μεθοδου αυτης ειναι το μεγαλο βαρος και σε συνδυασμο με το μικρο ποσοστο του υδρογονου επι του συνολικου βαρους. Επιπλεον τοσο η προσροφηση οσο και η απορροφηση ειναι εξωθερμες διεργασιες και απαιτουν μια παραλληλη αναπτυξη διαχειρισης της παραγομενης θερμοτητας.

Για σταθμους ανεφοδιασμου οχηματων με υδρογονο χρησιμοποιουνται επιγειες δεξαμενες συμπιεσμενου αεριου (100-500 bar) χωρητικοτητας 175.000-250.000 λιτρα υδρογονου.

Η μεγαλων αποστασεων μεταφορα και η μακροπροθεσμη αποθηκευση του υδρογονου μπορουν να πραγματοποιηθουν βασει ενος υγρου το οποιο σε συνθηκες περιβαλλοντος παρουσιαζει παρομοιες ιδιοτητες με ντιζελ και βενζινη, με φορτωση του υδρογονου (υδρογομωση) στα μορια του υγρου αυτου και εκφορτωση του υδρογονου  (αφυδρογονωση) μετα την μεταφορα και την αποθηκευση.

• τις μοναδες Εφεδρειας που μπορει να ειναι κοινες θερμοηλεκτρικες μοναδες (Ντιζελογεννητριες) και καυστηρες κεντρικης θερμανσης.

Οι υβριδικοι σταθμοι ηλεκτρικης ενεργειας πολυ μικρου μεγεθους

με ισχυ που δεν υπερβαινει τα 100 kW εμφανιζονται σε κτηνοτροφικες μοναδες, σε μοναδες αφαλατωσης αλμυρου νερου, σε βιολογικους καθαρισμους και σε πολυ μικρους απομονωμενους ορεινους ‘η  νησιωτικους οικισμους.

Οι υβριδικοι σταθμοι ηλεκτρικης ενεργειας μεγεθους που δεν υπερβαινουν την καλυψη ζητησης ισχυος το 1 MW εμφανιζονται σε μικρους οικισμους, με πληθυσμο κατω των 500 κατοικων.

Οι υβριδικοι σταθμοι ηλεκτρικης ενεργειας μεγεθους που υπερβαινει στην καλυψη ζητησης ισχυος των 3 MW εμφανιζονται σε μικρους οικισμους ‘η μικρα νησια, με πλυθυσμο που δεν υπερβαινει τους 1.000-1.500 κατοικους.

Οι ως ανω υβριδικοι σταθμοι για να επιζησουν πρεπει να στηριζονται σε τεχνολογιες ηλεκτροχημικης αποθηκευσης ενεργειας.                                            

Ενας ηλεκτροχημικος συσσωρευτης ειναι μια συσκευη αποθηκευσης ενεργειας, που μετατρεπει  την αποθηκευμενη σε αυτην χημικη ενεργεια σε ηλεκτρικη κατα την περιοδο εκφορτισης και την περεχομενη σε αυτην ηλεκτρικη ενεργεια σε χημικη και την αποθηκευση κατα την περιοδο της φορτισης.

Οι συσσωρευτες αυτοι κατατασονται σε τετοιους Θειου-Νατριου, Οξεος Μολυβδου, Ροης Βαναδιου, Νικελιου-Μεταλλικου Υδριδιου σε συνδυασμο με εναν ηλεκτρολυτη εκ υδατινου μιγματος, Νικελιου-Καδμιου και Ιοντων Λιθιου.

Οι ως ανω ηλεκτροχημικοι συσσωρευτες κατηγοροποιουνται σε συσσωρευτες χαμηλων θερμοκρασιων εσωτερικης αποθηκευσης (Οξεος Μολυβδου, Νικελιου-Καδμιου, Ιοντων-Λιθιου και Νικελιου-Υδριδιου Μεταλλου) και συσσωρευτες υψηλων θερμοκρασιων εξωτερικης αποθηκευσης (Νατριου-Θειου, Νατριου-Νικελιου-Χλωριου και Ροης Βαναδιου).

Η διαφορα εγκειται στο οτι στους συσσωρευτες εξωτερικης αποθηκευσης το τμημα μετατροπης ενεργειας ειναι διαχωρισμενο απο το τμημα του ενεργου χημικου υλικου του συσσωρευτη.

Η διαμορφωση αυτη επιτρεπει την διαστασιολογηση και την σχεδιαση του τμηματος εκφορτισης ανεξαρτητα απο το τμημα φορτισης του συσσωρευτη

Οι κυψελες καυσιμου υδρογονου που επιτρεπουν την μεταμορφωση ηλεκτρικου ρευματος μεσω της ηλεκτροχημικης αντιδρασης υδρογονου και οξυγονου με μονο υποπρο’ι’ον το νερο, λειτουργουν και ως μοναδες ηλεκτροχημικης αποθηκευσης ενεργειας και δεν εξαντλουνται καθως το καυσιμο (υδρογονο) και το οξειδωτικο (αερας ‘η οξυγονο) εισαγονται συνεχως στην ανοδο και την καθοδο και τα προ’ι’οντα (ηλεκτρικη ενεργεια, θερμοτητα και νερο) απομακρινονται.

Η διπλη αυτη αξιοποιηση της τεχνολογιας των κυψελων καυσιμου υδρογονου θα συμβαλει αποφασιστικα στην αντιμετωπιση του ενεργειακου προβληματος και της Ελλαδος μεσω της καλυτερης αξιοποιησης Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας.

Οι αμεσες εφαρμογες περιλαμβανουν, τοσο την αντικατασταση των συσσωρευτων στα συστηματα απροσκοπτης παροχης ισχυος σε σταθμους ηλεκτροπαραγωγης και τηλεπικοινωνιων, οσο και την  αποθηκευση ενεργειας απο ανανεωσιμες πηγες σε αυτονομα ενεργειακα συστηματα.

Μια αλλη λυση αποτελλουν οι συσσωρευτες οξεος μολυβδου οι οποιες υπο ιδανικες συνθηκες λειτουργιας (θερμοκρασιες περιβαλλοντος εως 26 βαθμους Κελσιου, μεγιστο βαθος εκφορτισης εως 60 %), μπορουν να λειτουργησουν ικανοποιητικα εως 7 ετη, που σημαινει οτι αυτοι σε σχεση με την διαρκεια ζωης του υβριδικου σταθμου θα αντικαταστηθουν δυο με τρεις φορες.

Σε αντιθεση με ενα αναστρεψιμο υδροηλεκτρικο σταθμο, η ταυτοχρονη φορτιση-εκφορτιση σε μια μοναδα ηλεκτροχημικης αποθηκευσης δεν ειναι δυνατη.

Ενας υβριδικος σταθμος μεγαλου μεγεθους εχει υψηλες απαιτησεις για την μεταμορφωση και αποθηκευση ενεργειας.

Οι χρησιμοποιουμενες μοναδες Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας πρεπει να εχουν χαμηλο κοστος αγορας και εγκαταστασης εξοπλισμου, χαμηλο κοστος λειτουργικοτητας και υψηλο συντελεστη αποδοσης που εξαρταται απο τον συντελεστη απασχολισης. 

Ο τελευταιος συντελεστης c οριζεται ως το πηλικο της πραγματικης μεταμορφωσης ενεργειας Ε προς τη θεωρητικα μεγιστη μεταμορφωση Π η οποια μπορει να λαβει χωρα στον σταμο στο ιδιο χρονικο διαστημα t.

Αυτος κειται μεταξυ 30 και 50 %. Προς συγκριση ο συντελεστης απασχολισης ενος υδροηλεκτρικου σταθμου μπορει

να υπερβει το 80 %, ενω ενος γεωθερμικου σταθμου ηλεκτρικης ενεργειας μπορει να φθασει το 98 %.

Επισης η μοναδα Αποθηκευσης πρεπει να εχει μεγαλη αποθηκευτικη ικανοτητα,  να χαρακτηριζεται απο ευελεξια στην διαδικασια  φορτισης και εκφορτισης και να εχι την ικανοτητα να υποστηριζει την διατηρηση της βασικης συχνοτητας του συστηματος και την ασφαλεια του.

Οι πλεον καταλληλες αποδοτικα και τεχικα μοναδες τουΑνανεωσιμων Πηγων Ενεργειας ειναι τα αιολικα παρκα και οι φωτοβολτα’ι’κοι σταθμοι.

Ενας φωτοβολτα’ι’κος σταθμος εγκατεστημενος π,χ. στην Κρητη, με την υψηλοτερη ενταση της ηλιακης ακτινοβολιας (μεγαλυτερη των 1.900 kWh ανα τεραγωνικο μετρο επιπεδης γηινης επιφανειας) θα δωσει ενα τελικο ετησιο συντελεστη απασχολισης μονο γυρω στο 20 %, διοτι το μισο χρονικο διαστημα απο το συνολο ενος ετους, δηλαδη κατα την διαρκεια της νυχτας, ενας φωτοβολτα’ι’κος σταθμος παραμενει μη παραγωγικος.

Για τον λογο αυτο το αιολικο παρκο γινεται η πλεον ευνο’ι’κωτερη

Επιλογη για τον ρολο της κυριας ομαδας σε ενα υβριδικο σταθμο μετα τον καθετο πυργο απο σκυροδεμα στον οποιο μπορει να δημιουργηθει ενα καθετο ρευμα αερος με στεθερη ταχυτητα επι 24ωρου βασεως των 15 μετρων ανα δευτερολεπτο.

Σε περιπτωση ανυπαρξιας αιολικου δυναμικου σε μια περιοχη της Ελλαδος δεν εχει απολυτως κανενα νοημα η επιλογη ως κυριου σταθμου ενος  υβριδικου σταθμου αιολικου παρκου.

Σε τετοια περιπτωση η χρηση ενος φωτοβολτα’ι’κου σταθμου ειναι μοναδικη, γνωριζοντας ομως εκ των προτερων οτι οι δυνατοτητες για μεγιστοποιηση της διεισδυσης Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας στο συστημα μεσω του υβριδικου σταθμου ειτε ειναι περιορισμενη, ειτε αδυνατος.

Για τους υβριδικους σταθμους μεγαλου μεγεθους η μοναδα Αποθηκευσης πρεπει να εχει επισης μεγαλη χωρητικοτητα και αναλογη να ειναι και η ισχυς φορτισης και εκφορτισης της μοναδας αποθηκευσης.

Εμπειρικα μια μοναδα αποθηκευσης που θα υποστηριζει ενα υβριδικο σταθμο μεγαλου μεγεθους, θα πρεπει να παρουσιαζει μια χωρητικοτητα 1 εως 3 % της ετησιας μεταμορφωσης ηλεκτρικης ενεργειας απο το αιολικο παρκο του υβριδικου σταθμου.

Για ενα αιολικο παρκο υβριδικου σταθμου π.χ. με ονομαστικη ισχυ 50 MW

και συντελεστη απασχολισης 30 %, η μοναδα αποθηκευσης του υβριδικου σταθμου θα πρεπει να εχει χωρητικοτητα περιπου ιση με 1.300 MWh.

Σε οποιοδηποτε συστημα αποθηκευσης βοηθητικης ηλεκτρικης ενεργειας ενα μερος αυτης χανεται και αυτο δεν πρεπει να υπερβαινει την ισχυ που αποκταται απο την αργη συσκευη μετατροπης πρωτογεννους ισχυος.

Οι αναστρεψιμες υδροηλεκτρικες εγκαταστασεις, οι οποιες λειτουργουν κατω απο εντελως διαφορετικες συνθηκες, καλυπτουν ενα πεδιο ισχυος απο απο 5MW εως 2 GW

 Αυτες αποτελουντα εκαστοτε απο δυο δεξαμενες νερου, κατασκευασμενες σε ομορες γεωγραφικες θεσεις, με ικανη υψομετρικη διαφορα μεταξυ τους.

Οταν, κατα την λειτουργια του υβριδικου σταθμου, υπαρχει περισσεια ισχυος  απο την μοναδα Ανανεωσιμης Πηγης Ενεργειας

που πρεπει να αποθηκευθει, η ισχχυς αυτη οδηγειται στις αντλιες του αναστρεψιμου υδροηλεκτρικου σταθμου, μεσω των οποιων το νερο αντλειται απο την κατω και αποθηκευεται στην ανω δεξαμενη.

Στην περιπτωση που κατα την λειτουργια του υβριδικου σταθμου, προκυψει αναγκη μεταβολης ισχυος απο την μοναδα αποθηκευσης, το αποθηκευμενο νερο στην ανω δεξαμενη ελεθερωνεται, διερχεται μεσω των σωληνωσεων και καταληγει στους υδροστροβιλους του υδροηλεκτρικου σταθμου, παρεχοντας ετσι την επιπροσθετη απαιτουμενη ηλεκτρικη ισχυ.

Μια ειδικη κατηγορια αναστρεψιμων υδροηλεκτρικων σταθμων, ιδιαιτερης σημασιας για την Ελλαδα και, ακομα περισσοτερο, για τα ελληνικα νησια που εχουν χαμηλες βροχοπτωσεις , ειναι η χρηση νερους της θαλασσης ως εργαζομενου μεσου στο αναστρεψιμο υδροηλεκτρικο σταθμο και η απευθεις χρηση της θαλασσας ως κατω δεξαμενη του σταθμοι αυτοι θσα εγκαθιστανται επι της ακτογραμμης.

Λοφοι και μικρα υψωματα με υψομετρα απο 200 μετρα εψς 600 μετρα θεωρουνται ιδανικα για την εγκατασταση αναστρεψιμων υδροηλεκτρικων σταθμων.

Καθε κυβικο μετρο νερου που πεφτει ενα μετρο βαθυτερα εχι την χωρητικοτητα μεταμορφωσης  ανα δευτερολεπτο  ηλεκτρικης ενεργειας υψους 13,32 PS.

Στην Αυστρια στην κοινοτητα Obergrafenberg δοκημαστηκε με επιτυχια βαρυτικης επιδινησης υδροηλεκτρικος σταθμος που λειτουργει απο πτωτικο υψος του νερου των 0.7 μετρων και μετανορφωνει ηλεκτρικη ενεργεια. Μια απλη αυτορυθμιζομενη στροβιλοτουρμινα

με αποδοση πανω απο 80 % αφαιρει απο την υδατινη δινη ενεργεια και κινει την γεννητρια.

Η ελβετικη εταιριαWWK Energie GmbH στο  Suhre στην Schöftland του Καντονιου Aargau με ενα 1,7 τοννους βαρυ συστημα Rotos/Generatot που το δοκιμασε σε μια ποσοτητα

ροης του νερου 0,8-2,2  κυβικα μετρα ανα δευτερολεπτο σε μια δεξαμενη νερου διαμετρου 5.5 μετρα και υψος πτωσης του νερου 1,4 μετρα μεταμορφωσε με το ως ανω συστημα 15 KW ηλεκτρικη ισχυ η οποια ανταποκρινεται σε μια ετησια μεταμορφωση ενεργειας εως 90.000 kWh. Η συχνοτητα περιστροης την τουρμπινας ειχε 0,35 Hz δηλαδη 21 περιστροφες ανα λεπτο.

Γ. Θ. Χατζηθεοδωρου

Απαγορεύεται οποιαδήποτε αντιγραφή η απόσπασμα. 

Η μη τήρηση των ανωτέρω επισύρει τις κυρώσεις του Νόμου 2121/1993, άρθρο 66.

http://arxaiaithomi.gr