ΑΡΧΑΙΑ ΙΘΩΜΗ

PD Dr.-Ing. Georg Chaziteodorou  Bleibergweg 114   D-40885 Ratingen    Tel.+Fax: 0049 2102 32513       E-Mail: chaziteo@t-online.de                                                07.11.2021

Γ. Θ. Χατζηθεοδωρου

Συμφωνα με τις μακροπροθεσμες ενεργειακες εκτιμησεις απο διαφορους διεθνεις οργανισμους, ενω η παγκοσμια ενεργειακη ζητηση προβλεπεται να διπλασιαστει στα επομενα 30-50 χρονια, η ζητηση ηλεκτρικης ενεργειας θα υπερ-τριπλασιαστει, επειδη ειναι ποιο καταλληλη ως μορφη ενεργειας.

Για τον λογο αυτο σε καθε περιπτωση η πυρηνικη επιλογη πρεπει να κρατειθει ανοιχτη, με την Ερευνα και Αναπτυξη να αφιερωνεται στην εξελιξη μεσαιων και μεγαλου μεγεθους πυρηνικων σταθμων και σε νεα καινοτομα μικρου μεγεθους σχεδια για αγορες με λιγοτερο συγκεντρωμενη αγορα ηλεκτρικης ενεργειας, οπου η ελλειψη ενεργειας μπορει να σημαινει οικονομικη στασιμοτητα, συνεχιση της φτωχειας και χαμηλοτερο οροσδοκιμο ζωης.

Συνεπως η πυρηνικη ενεργεια ειναι και μια απο τις διαθεσιμες επιλογες που μπορει να παιξει σημαντικο ρολο και για την ασφαλη ανταγωνιστικη και ελευθερη ανθρακος  προσφορα ενεργειας σε μεγαλη κλιμακα.

Ο γραφων με το παρων πονημα του κανει μια διακινδυνευμενη προσπαθεια προβλεψης των μελλοντικων εξελιξεων στον τομεα της τεχνολογιας και των καυσιμων, που θα συνοδευουν την «ενεργειακη καμπη».

Αυτη θα επιδρασει κυριως στους τομεις:

• Υβριδικων σταθμων ενεργειας

Διεγερσης καθετου ρευματος αερος εντος κωνικου πυργου

απο σκυροδεμα.

Πλωτων αιολικων παρκων.

Παραβολικων αυλακοσταθμων

Παραβολοειδων σταθμων.

Σταθμων καυσεως σκουπιδιων.

Σταθμων πυρηνικων καυσιμων νεας γενεας.

                                         Συστηματων αποθηκευσης ενεργειας.

 Συσσωρευτων Ιοντων Λιθιου.

 Συσωρευτων Ροης Redox.

 Αντλιοαποθηκευτικων σταθμων.

           Αποθηκευτικων σταθμων πεπιεσμενου αερος . 

                                    Συστηματων προωσης πλοιων και υποβριχιων.

      Υβριδικα ‘η πληρως ηλεκτρικα πλοια με πηγη.

 ενεργειας συσσωρευτες Ιοντων Λιθιου.

Υβριδικα ‘η πληρως ηλεκτρικα πλοια με πηγη.

 ενεργειας πυρηνικους αντιδραστηρες.

Ενας υβριδικος σταθμος ενεργειας μεγιστοποιει την συμμετοχη των μοναδων Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας, στην καλυψη μιας συγκεκριμενης ζητησης ισχυος.

Οσο υψηλη στιγμιαια διεισδυση μοναδων Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας και εαν επιτευχθει σε ενα συμβατικο Συστημα Ηλεκτρικης Ενεργειας, ο ρολος τους παραμενει ακομη συμπληρωματικος ως προς τις μοναδες ισχυος του συμβατικου Συστηματος Ηλεκτρικης Ενεργειας, που συνηθως ειναι θερμοηλεκτρικες μοναδες και, σπανιωτερα, υδροστροβιλοι, οι οποιες παραμενουν οι βασικες μοναδες, στις οποιες στηριζεται η μεταβολη ισχυος.

Με αλλα λογια.

Ενας υβριδικος σταθμος ενεργειας επιχειρει να αντιστρεψει τους ρολους μοναδων Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας και μοναδων του συμβατικου Συστηματος Ηλεκτρικης Ενεργειας, σε ενα συστημα ισχυος και αποτελειται απο τις μοναδες Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας και τις μοναδες αποθηκευσης αυτης.

Οταν μεταβαλλεται ενεργεια απο τις μοναδες Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας μεγαλυτερη απο την ζητηση ισχυος, το πλεονασμα αποθηκευεται και αποδιδεται αντιστροφα οταν η ζητηση την απαιτει.

Συνεπως οι μοναδες του συμβατικου Συστηματος Ηλεκτρικης Ενεργειας εντασσονται στην μεταβολη μονο σε περιπτωση χαμηλης διαθεσιμοτητας ισχυος απο τις μοναδες Ανανεωσιμων Πηγων Ενεργειας και ταυτοχρονης χαμηλης σταθμης φορτισης των μοναδων αποθηκευσης.

H διεγερση του καθετου ρευματος αερος σε ενα κωνικο πυργο απο σκυροδεμα (η διαμετρος στην βαση ειναι μεγαλυτερη απ’ οτι στο υπολοιπο υψος του πυργου) δημιουργειται απο την συσσωρευση της ηλιακης ακτινοβολιας σε ενα  απο γυαλι συλλεκτη θερμοτητας που κατασκευαζεται κυκλικα γυρω απο τον πυργο και σε ενα υψος απο το εδαφος περιπου 6 μετρων.

Το εδαφος που καλυπτεται απο τον συλλεκτη θερμοτητας, με καταλληλη αρδευση, μπορει να χρησιμοποιηθει για εγκατασταση παραγωγης γεωργικου θερμοκηπιου.

Η ηλιακη ενεργεια που αποθηκευεται στο  δημιοργηθεν καθετο ρευμα αερος (ταχυτητος περιπου 15 μετρων ανα δευτερολεπτο) μεταβαλλεται με την κλιμακωτα ρυθμιζομενη πιεση των ανεμοσυμπιεστων στην βαση του πυργου σε μηχανικη ενεργεια η οποια μεσω γεννητριων μεταβαλλεται στην συνεχεια σε ηλεκτρικη ενεργεια.

Στην ουσια ο κωνικος πυργος απο σκυροδεμα ειναι ενας αγωγος με ελαχιστες απωλειες πιεσης, δηλαδη μια κωνικη φυσιοελκτικη καταψυκτικη εγκατασταση μεγαλης διαμετρου και υψους εως 1.000 μετρων.

Οι ανεμοσυμπιεστες και οι γεννητριες ειναι τα μοναδικα κινουμενα μερη της ολης εγκαταστασης, που σημαινει ελαχιστες εργασιες συντηρησης και ανακατασκευων και φυσικα ελαχιστες αναγκες καυσιμων.

Η ποσοτητα της μεγιστης ενεργειακης ισχυος ειναι γινομενο των αποδοσεων των μηχανικων εγκαταστασεων του πυργου και του συλλεκτου, πολλαπλασιαζομενο με την επιφανεια του συλλεκτη και επι της επιφανειας αυτης πειπτουσας  μεγιστης ετησιας ηλιακης κτινοβολιας ανα τετραγωνικο μετρο.

Pηλ.μεγ.   =  βμ x co x Aσυλ. Hπ = βμ x ημ x (s . g . Ηπ/cpa . Tv ) x  

                      ηs x Ασυλ. X Gμεγ.

Εδω σημαινουν:

Ρηλ.μεγ. =  Μεγιστη ετησιως μεταβαλομενη ισχυς σε MW. GW, TW  

Ασυλ. = επιφανεια συλλεκτου θερμοτητος σε τετραγωνικα μετρα

               (ολικη επιφανεια- επιφανεια βασεως πυργου).

Ηπ=  υψος του πυργου απο σκυροδεμα σε μετρα  

Gμεγ. = ετησια μεγιστη ενταση ηλιακης ακτινοβολιας σε W ανα   

              τετραγωνικο μετρο.

co = απο τον τοπο εγκαταστασης του πυργου εξαρτωμενος βαθμος

         αποδοσης σε (1/μετρα)

co = ης .  ηπ .  ημ         

ης = βαθμος αποδοσης συλλεκτου, διατυπωνεται ως η σχεση της

        ληφθεισης θερμικης ισχυος του ρευματος αερος, προς απο τον

        ηλιο μεγιστη ετησια ακτινοβολια στην επιφανεια του

        συλλεκτου. Η διαμετρος του συλλεκτη θερμοτητας ρυθμιζει την

        ποσοτητα της ηλιακης ακτινοβολιας και κατ’ επεκταση της

        ηλεκτρικης ισχυος. Μεγενθυση του συλλεκτη θερμοτητας

        απαιτει και μεγενθυση του πυργου, διοτι αλλως ο αερας στον

        συλλεκτη ρεει αργα και θερμαινεται και συνεπως οδηγει σε

        μεγαλες απωλειες της ποσοτητας αποδοσης του.

ηπ = βαθμος αποδοσης πυργου ειναι αυτος μιας Joule-διαδικασιας

         ο οποιος περιγραφει την ισοβαρο θερμανση στον συλλεκτη,

         αρχης γενομενης απο την εξωτερικη θεμοκρασια Τε και μετα

         την αδιαβατη εκτονωση στον πυργο με ακολουθουμενη 

          παραχωρηση της θερμοτητας στην ατμοσφαιρα σε κατασταση

          θερμοκρασιας Τα στο υψος ‘η στην κορυφη του πυργου. Για

          αδιαβατη στρωματοποιηση του περιβαλλοντικου αερα ισχυει

          η σχεση Τε = Ta –g/cpa – Hπ οπου ειναι g η επιταχυνση  

          βαρυτητος, cpa η ειδικη χωρητικοτητα θερμοτητας του αερα

          και Ηπ το υψος του πυργου.και προκυπτει για την σχεση της

          μεταθεσης της αποκτηθεισης μηχανικης ενεργειας πιεσης στον

          συλλεκτη συγκεντρωθεισα θερμικη ενεργεια με τις αποδοσεις

          ηjoule = 1 – Τε/Τα και ηπ = (s . g .Hπ)/(cpa –Tv) οπου ειναι s   

          διορθωτικος παραγοντας για ηπ προς ληψην υποψη μη-

          αδιαβατες στρωματοποιησεις του περιβαλλοντικου αερα γυρω

          απο τον πυργο (εξαρτωμενο απο τον τοπο της εγκαταστασης)  

          Τv υποθετικη εξωτερικη θερμοκρασια σε υψος 2 μετρων. Αυτη

          χρησιμοποιειται στην Μετερεολογια για να γινει δυνατος ο  

          χειρισμος του μιγματος υδραατμου με την εξισωση του αεριου

          και για τον λογο αυτο εξαρταται απο την σχετικη υγρασια του

          τοπου εγκαταστασης του πυργου. Το μιγμα υδρατμων-αερα  

          ειναι ελαφροτερο απο τον ξηρο αερα και οδηγει σε αυξηση της

          αποδοσης του πυργου, εφ’ οσον η περιεκτικοτητα σε

          υδρατμους εντος του πυργου ειναι μεγαλυτερη απο της εκτος

          αυτου. Σε πολυ μεγαλη εισερχομενη υγρασια στον πυργο και

          εξατμιση αυτης στον συλλεκτη γινεται δυνατη η υγροποιηση

          αυτης εντος του πυργου που σημαινει επιπλεον δημιουργια

          θερμοτητας υγροποιησης που ενισχυει την ανοδικη πορεια του

          ρευματος αερος. Σε καταστασεις καιρικων συνθηκων βροχης

         αυξανει στην αρχη η ισχυς του υβριδικου σταθμου λογω της

         μειωσης της θερμοκρασιας του περιβαλλοντικου αερος ενω

         στον συλλεκτη συνεχιζεται να θερμαινεται ο αερας εργασιας.

         Το εισερχομενο νερο της βροχης στην βαση του συλλεκτη

          μειωνει λογω των απωλειων εξατμισης τον βαθμο αποδοσης

          του πυργου.

ημ = βαθμος αποδοσης μηχανικων εγκαταστασεων (απωλεια ισχυος

         συμπιεστων, απωλειες στους κινητηρες κλπ.).

 βμ = βελτιστο μεριδιο ληψης πιεσης δια του περικαλλυμμενου

          συμπιεστη λαμβανοντας υποψη την επανασυζευξη με τον

          βαθμο αποδοσης του συλλεκτου θερμοτητας. Χωρις την

          επανασυζευξη αυτη η μεταβαλλομενη ισχυς θα

          μεγιστοποιηται με μια θεωρητικη τιμη του βμ = 2/3.  Το

          υπολοιπο μεριδιο της ολικης διαφορας πιεσεως παραμενει 

          στο ρευμα αερος ως δυναμικο μεριδιο πιεσης (απωλειες

          εξοδου).

Συνεπως ο βαθμος αποδοσης της μεταβολης θερμοτητας σε ενεργεια πιεσης, ειναι ανεξαρτητος απο την αυξηση της θερμοκρασιας στον συλλεκτη θερμοτητος.

Μια μη αδιαβατος στρωματοποιηση του περιβαλλοντικου αερος μπορει να περιγραφει με εμπειρικους, καιρικους- και απο τον τοπο εγκαταστασης εξαρτημενους διορθωτικους παραγοντες, οι  οποιοι μετακινουνται προς  ανω και κατω, αναλογα  με τις καιρικες συνθηκες και τον ημερησιο χρονο, τον ηπ, κατα 3-5 %.

Η χρησιμοποιηση του απολυτου Τv λαμβανει υποψη την περιεκτικοτητα σε υδρατμους του περιβαλλοντικου αερα.

Το ιδιο αποτελεσμα προκυπτει εαν υπολογισθει η ολικη και προς διαθεση ευρισκομενη διαφορα πιεσης απο την συσχετιση:

Διαφορα πιεσης = διαφορα υψους x διαφορα πυκνοτητας (εξω –

                                  μεσα) x επιταχυνση βαρυτητοs.  

Οι υβριδικοι σταθμοι διεγερσης καθετου ρευματος αερος ειναι καταλληλοι για περιοχες με χαμηλο αιολικο δυναμικο, δηλαδη

για περιοχες που εχουν μικρη δυναμη ανεμου, αλλα μεγαλυτερη

ενταση ηλιακης ακτινοβολιας. Αυτοι λειτουργουν και με διαχυτο ηλιακη ακτινοβολια, δηλαδη και με συνθηκες καλυμενου ουρανου με συννεφα, Προκειται συνεπως για εναλλακτικη λυση ως προς τα

αιολικα και φωτοβολτα’ι’κα παρκα.

Το μειονεκτημα τους ειναι η απαιτηση υπαρξης μεγαλης επιφανειας και το υψηλο κοστος  κατασκευης. Για τον υπολογισμο του ολικου κοστους ανα μεταβαλλομενη μεγιστη ισχυ W, μπορει να ακολουθηθει η εξης

διαδικασια:

Οι ολικες κατασκευαστικες δαπανες αποτελλουνται απο τις  μηχανολογικες δαπανες (Συμπιεστες, Κινητηρες και Γεννητριες),

απο τις κατασκευαστικες του Πυργου απο σκυροδεμα και απο τις

δαπανες κατασκευης του Συλλεκτου, συν το αντιστοιχουν μεριδιο    

του σχεδιασμου του εργου.

Δαπανες για τον Πυργο = ειδικες δαπανες για τον Πυργο ανα

                                              τετραγωνικο μετρο x 2π x Rπ x Hπ και

Δαπανες για τον Συλλεκτη = ειδικες δαπανες για τον Συλλεκτη ανα

                                                    τετραγωνικο μετρο x Ασυλ.

Οι μηχανολογικες δαπανες υπολογιζονται αναλογα με την εγκατασταθεισα ηλεκτρικη ισχυ (οπως και για τις δαπανες του

σχεδιασμου), οπου θα καλυπτεται η ετησια μεγιστη ισχυ.

Μηχανολογικες δαπανες = δαπανες σχδιαμου ανα μεγιστης

                                                   Ισχυος W x Pηλ.μεγ.

 Δαπανες σχεδιαμου = ανα μεγιστης ισχυος W x Pηλ.μεγ.

Ειδικες ολικες επενδυτικες δαπανες = ανα μεγιστηs ισχυοs W =

Ειδικεs  δαπανες για μηχανες και σχεδιασμου ανα μεγιστης ισχυος W

+ (ειδικες δαπανες πυργου ανα τετραγωνικο μετρο x 2π x Rπ)/(co x Aσυλ.) + (ειδικεs δαπανεs συλλεκτου ανα τετραγωνικο μετρο) /

(co x Hπ).

Οι πλοηγουμενες ανεμογεννητριες θα αποτελεσουν πρωτοτυπια εξελιξης στον τομεα των αιολικων παρκων στο θαλασσιο περιβαλλον και θα κανουν δυνατη την εγκατασταση τους σε βαθυτερα υδατα απ’ οτι μεχρι σημερα.

Οι πυργοι και οι ανεμοκινητηρες, που πολλες φορες ο καθενας απο αυτους μαζι ζυγιζουν πολλες εκατονταδες τοννους θα στηριζονται σε πλωτες  μοναδες απο χαλυβα και μπετον πανω απο την θαλασσια επιφανεια.

Αυτες μπορει να εκτεινονται εως 80 μετρα θαλασσιο βαθος και απο εκει με συρματοσχοινα θα δενονται με τον θαλασσιο βυθο.

Στην Ευρωπη υπαρχουν ηδη δυο τετοια ιδιορυθμα αιολικα παρκα.

Το ενα βρισκεται στις ακτες της Σκωτιας με 5 μοναδες συνολικης ισχυος 30 MW και το αλλο στις ακτες του Ατλαντικου της Πορτογαλιας με 3 μοναδες συνολικης ισχυος 25 MW. Πολλα αλλα τετοια Προζεκτς βρισκονται σε φαση σχεδιασμου και προετοιμασιας.

Οι παραβολικοι υβριδικοι αυλακοσταθμοι αποτελουνται απο μια σειρα ημικυκλικων ‘η επιπεδων καθρεπτων (Fresnel – συλλεκτες) και δεσμοποιουν το ηλιακο φως σε ενα σωληνα στον οποιον υπαρχει ενα ελαιον που υπερθερμαινεται. Και εδω χρησιμοποιουνται οι υψηλες θερμοκρασιες, για  εξατμιση του νερου και με τον ατμο η κινηση της ατμοτουρμπινας και απ’ αυτην της γεννητριας για μεταβολη της ηλεκτρικης ενεργειας.

Οι παραβολικοι υβριδικοι σταθμοι, οπως στις ημικυκλικες κεραιες δορυφορων, δεσμοποιηουν οι ημικυκλικοι καθρεπτες το ηλιακο φως σε ενα σημειο στο οποιο βρισκεται ενας κινητηρασ-Stirling ο οποιος μεταβαλλει την ενεργεια θερμοτητος σε κινητικη ενεργεια η οποια κινει μια γεννητρια για μεταβολη ηλεκτρικης ενεργειας.

Υβριδικοι σταθμοι και καυσιμα απο τα αποριμματα (σκουπιδια) των ανθρωπινων νοικοκυριων.

Ενα μεγαλο μερος των απορριματων καταληγουν σε τοπους συγκετρωσης σκουποδιων (Χυτας).

Εκει ενα  μερος αυτων αποσυντιθεται με αργους ρυθμους και προκυπτει κυριως μεθανιο και διοξειδιο του ανθρακος.

Συγκεντωνονται τα αερια αυτα σε ειδεικες εγκαταστασεις και απομακρυνεται το διοξειδιο του ανθρακος, το υπολειπο μπορει να χρησιμοποιηθει για την παραγωγη βιολογικων αεριων και ενεργειας.

Μια αλλη μεθοδος

αξιοποιησης των απορριματων ειναι η απευθειας καυσης αυτων και απο την προκυπτουσα θερμοτητα, λειτουργια ατμοτουρμπινας για κινηση μιας γεννητριας για μεταβολη ηλεκτρικης ενεργειας ‘η για απευθειας χρησιμοποιηση αυτης ως θερμοτητα μεταφορας δια συληνωσεων στις κεντρικες θερμανσεις των νοικωξυριων.

Οι ρυποι στο περιβαλλοντος εκ της καυσεως μειωνονται αισθητα με χρησιμοποιηση στις καμηνους ηλεκτρσστατικων φιλτρων.

Υβριδικοι σταθμοι πυρηνικων καυσιμων και οι μελλοντικες δυνατοτητες και οι ευκαιριες που ανοιγονται με υγροποιημενα φθοριουχα αλατα σε μικρους πυτηνικους αντιδραστηρες.

Ραδιενεργα υλικα ειναι ως γνωστο, το Ουρανιο, το Θοριο, το Λιθιο, το Ηλιον και το Βηρυλλιον.

Ως πυρηνικο καυσιμο χρησιμοποιειται το ισοτοπο Ουρανιο-235 του οποιου οι πυρηνες οταν βομβαρδιστουν με αργα ‘η θερμικα Νετρονια υφιστανται σχαση με εκλυση μεγαλων ποσων ενεργειας κυριως υπο μορφη θερμοτητος.

Επειδη το φυσικο Ουρανιο περιεχε μονο 0,7 % Ουρανιο-235 πρεπει αυτο να εμπλοτισθει ως πυρηνικο καυσιμο πυρηνικων σταθμων μεταβολης ενεργειας στα επιπεδα 3-5 %.

Για τις τεχικες εμπλοτισμου (φυγοκεντρηση αεριου, αερια διαχυση κλπ.) απαιτειται η παρασκευη μιας πτητικης ενωσης του Ουρανιου που παραμενει σε αερια φαση σε σχετικα χαμηλες θερμοκρασιες και μπορει να παρασκευασθει ευκολα σε βιομηχανικη κλιμακα και αυτη ειναι το εξαφθοριουχο Ουρανιο, γνωστο εμπλοτισμενο ως κιτρινο κε’ι’κ και το οποιο δεν μπορει να χρησιμοποιηθει ως πυρηνικο καυσιμο και μετατρεπεται σε ενα οξειδιο του Ουρανιου καταλληλο για να καταστει η πηγη θερμοτητος κατα την πυρηνικη αντιδραση, χωρις να υποστει αλλοιωσεις.

Το Θοριο για να διασπαστει πρεπει σε ενα αντιδραστηρα να μεταβληθει σε ενα διασπομενο ισοτοπο του Ουρανιου.

Με την ετσι ονομασθεισα «ενεργειακη καμπη» πολλες χωρες της Ε.Ε. εγκαταλειπουν την μεταβολη ηλεκτρικης ενεργειας με πυρηνικους αντιδραστηρες μετα τα ατυχηματα στις πυρηνικες εγκαταστασεις μεταβολης ηλεκτρικης ενεργειας στις περιοχες Three Mile Island, Tschernobyl και Fukushima παραγνωριζοντας τις δυνατοτητες και τις ευκαιριες που ανοιγονται με υγροποιημενα φθοριουχα και Θοριου-υγροποιημενα φθοριουχα αλατα ως πυρηνικα καυσιμα σε μικρους πυρηνικους αντιδραστηρες της νεας γενεας, που μεταξυ αλλων περιλαμβανονται και οι καινοτομοι σχεδιασμοι, οπως πυρηνικοι αντιδραστηρες μεταδοσης κυματος, οι οποιοι μεσω της πυρηνικης μεταστοιχειωσης μετατρεπουν το γονιμο σε σχασιμο υλικο.. Ενα γιγαντιαιο πλεονεκτημα του πυρηνικου αντιδραστηρα υγροποιημενου φθοριουχου αλατος ειναι το γεγονος, οτι κατα την λειτουργια του μπορει να επεξεργασθουν τα ραδιενεργα του μερη.

Σε αυτον γινεται δυνατη η απομακρυνση μικρων ροων υγροποιημενου αλατος, η απελευθερωση αυτων απο τα προ’ι’οντα διασπασης και η αντικατασταση των ραβδων καυσης.

Αερωδη προ’ι’οντα οπως το Ξενιο-135 απομακρυνονται πολυ ευκολα.

Ως προς τα υγροποιημενα προ’ι’οντα διασπασης προκειται για μια περιοχη που απαιτειται ακομη εφαρμοσμενη ερευνα, ιδιαιτερα για τον πυρηνικο αντιδραστηρα Θοριου-υγροποιημενου φθοριουχου αλατος.

Το Θοριο-232 ειναι ενα ελαφρως ραδιενεργο μεταλλο το οποιο περιεχεται σε διαφορα μεταλλουρουχα υλικα.

Με την αποδοχη ενος Νεοτρονιου μεταβαλλεται σε Θοριο-233 το οποιο

υπο την επιδραση της Βητα-Ακτινοβολιας μετατρεπεται σε Προτακτινιο-233 απο το οποιο παλι υπο την επιδραση της Βητα- Ακτινοβολιας μεταβαλλεται σε Ουρανιο-233.

Το Ινστιτουτο εφαρμοσμενης Φυσικης SINAP στην Shanghai της Κινας κατασκευαζει ηδη εναν 10 MW ισχυος πυρηνικο αντιδραστηρα με σταθερα πυρηνικα καυσιμα και εναν 2 MW ισχυος πυρηνικο αντιδραστηρα υγροποιημενου αλογονου αλατος για να παρουσιασει την κυκλοφορια καυσιμων Θοριου-Ουρανιου με μεταβολη του Θοριου σε ενα διασπομενο ισοτοπο του Ουρανιου.

Μοναδες αποθηκευσης ενεργειας για υβριδικους σταθμους μεγαλου μεγεθους. Ειναι ευνοητο οτι καθε  μοναδα αποθηκευσης θα πρεπει να χαρακτηριζεται κατ’ αρχας απο μεγαλη χωρητικοτητα.

Επιπλεον, αναλλογη με το μεγεθος της ζητησης ισχυος που καλειτσι να καλυψει ο υβριδικος σταθμος θα πρεπει να ειναι και η ισχυς φορτισης/εκφορτησις της μοναδας αποθηκευσης.

Οι μοναδες αποθηκευσης που θα υποστηριζουν ενα υβριδικο σταθμο ενεργειας μεγαλου μεγεθους θα πρεπει να παρουσιαζουν μια χωρητικοτητα απο 1% εως 3 % της ετησιας μεταβολης ηλεκτρικης ενεργειας απο π.χ. το αιολικο παρκο του υβριδικου σταθμου, αναλογα με τον αλγαριθμο λειτουργιας του υβριδικου σταθμου και για συντελεστη απασχολησης αιολικου παρκου της ταξης του 30-40 %.

Η ισχυς εκφορτισης της μοναδος αποθηκευσης θα πρεπει να ειναι τουλαχιστον ιση με την ετησια αιχμη ζητησης ισχυος του συστηματος στην περιπτωση που ο υβριδικος σταθμος καλειται να καλυψει καθολικα την ζητηση ισχυος.

Η ισχυς φορτισης της μοναδος αποθηκευσης θα πρεπει να ειναι της ταξης της ονομαστικης ισχυος του αιολικου παρκου του υβριδικου σταθμου.

Τα ανωτερω συνεπαγονται οτι για ενα αιολικο παρκο υβριδικου σταθμου με ονομαστικη ισχυ 50 MW η μοναδα αποθηκευσης του υβριδικου σταθμου θα πρεπει να εχει χωρητικοτητα περιπου ιση με 1.300 MWh.

Στην περιπτωση κατασκευης π.χ. αναστρεψιμου υδροηλεκτρικου ως μοναδα αποθηκευσης του υβριδικου σταθμου η ανωτερω χωρητικοτητα επιτυγχανεται με μια ανω δεξαμενη ωφελιμου ογκου περιπου 1.700.000 κυβικων μετρων, ευρισκομενη σε υψομετρικη διαφορα 300 μετρα με την κατω δεξαμενη ‘η την επιφανεια της θαλασσης.

Ουσιαστικα οι διαθεσιμες τεχνολογιες αποθηκευσης για την διαχειριση μεγαλων ποσοτητων ενεργειας και την επαρκη συνδυασμενη λειτουργιας τους με ενα π.χ. αιολικο παρκο στα πλαισια αναπτυξης ενος υβδριδικου σταθμου ειναι οι εξης:

1. σταθμος αποθηκευσης συμπιεσμενου αερα και

                                 Αναστρεψιμα υδροηλεκτρικα-αντλησιοταμιευτηρας.

Οι υβριδικοι σταθμοι μικρου μεγεθους αποσκοπουν στη συμβολη μεταβολης ενεργειας ‘η στην συνολικη καλυψη της μεταβολης ηλεκτρικης ενεργειας σε συστηματα στα οποια η ζητηση ισχυος δεν ξεπερνα το 1 MW.

Εδω ειδικα χρησιμοποιουνται ηλεκτροχημικοι συσσωρευτες διαφορων τυπων και δη Υγρου Οξεους Μολυβδου Ανοιχτου Τυπου, Οξεους – Μολυβδου τυπου VRLA, Ιοντων Λιθιου, Θειου-Νατριου, Ροης Βαναδιου, Νικελιου-Μεταλλου ιδριδιου, Νικελιου-Καδμιου. δια των οποιων επιτυγχανεται συνηθως αυτονομια μεταβολης απο την μοναδα αποθηκευσης της ταξης της μιας ημερας.

Τα χαρακτηριστικα και οι εφαρμογες των ως ανω διαφορετικων τυπων συσσωρευτων εχουν ως εξης:

Υγρου Οξεουs Μολυβδου Ανοιχτου Τυπου

Μεγιστη χωρητικοτητα                                         10 MW/ 40 MW

Αποδοση                                                                            72-78 %

Διαρκεια  ζωης                 1000-2000 κυκλοι με βαθος εκφορτισης 80%

Θερμοκρασια λειτουργιας                                     -5=40 βαθμοι Κελσιου

Ενεργειακη πυκνοτητα                                                 25 Wh/kg

Αυτο-εκφορτιση                                                   2 – 5 % ανα Μηνα

Οξεους Μολυβδου Τυπου VRLA

Μεγιστη χωρητικοτητα                                             300 kW/580 kW

Αποδοση                                                                              72-78 %

Διαρκεια ζωης                       200-300 κυκλοι με βαθος εκφορτισης 80%

Θερμοκρασια λειτουργιας                       -5-40 βαθμους Κελσιου

Ενεργειακη πυκνοτητα                                            30-50 Wh/kg    

Αυτο-εκφορτιση                                                    2-5 % ανα Μηνα                                          

Ιοντων-Λιθιου

Αποδοση                                                                         100 %

Διαρκεια ζωης                            3000 κυκλοι με βαθος εκφορτισης 80%

Θερμοκρασια λειτουργιας                       -30-60 βαθμους Κελσιου

Ενεργειακη πυκνοτητα                                           90-190 Wh/kg

Αυτο-εκφορτιση                                                      1 % ανα Μηνα               

Θειου-Νατριου

Αποδοση                                                                         89 %

Διαρκεια ζωης                         2500 κυκλοι με βαθος εκφορτισης 100%

Θερμοκρασια λειτουργιας                     325 βαθμους Κελσιου Ενεργειακη πυκνοτητα                                      100 Wh/kg

Αυτο-εκφορτιση                                              5-20% ανα Μηνα

Ροης Βαναδιου

 Αποδοση                                                                       85 %

Διαρκεια ζωης                         10.000 κυκλοι με βαθος εκφορτισης 75%

Θερμοκρασια λειτουργιας                           0-40 βαθμους Κελσιου

Ενεργειακη πυκνοτητα                                     70 Wh/kg

Αυτο-εκφορτιση                                              0 % ανα Μηνα

Νικελιου-Καδμιου

Αποδοση                                                                          72-78 %

Διαρκεια ζωης                          3000 κυκλοι με βαθσς εκφορτισης 100%

Ενεργειακη πυκνοτητα                                    45-85 Wh/kg   

Αυτο-εκφορτιση                                             5-20 ανα Μηνα

Οι συσσωρευτες Ιοντων-Λιθιου εχουν αναπτυχθει για να αντικαταστησουν τους κλασσικους συσσωρευτες (μπαταριες) μολυβδου οξεος, νικελιου καδμιου, νατριου θειου και τδριδιου μεταλλου νικελιου.

Σε συγκριση με τους κλασσικους συσσωρευτες εχουν μικροτερο βαρος, υψηλοτερη ενεργειακη πυκνοτητα, μικροτερο χρονο φορτισης και μεγαλυτερο χρονο ζωης αλλα αποτελουν τεχνολογια που ενεχει κινδυνους.

Το Λιθιο προκαλει πυρκαγια οταν εκτιθεται στο νερο, οι δε πυρκαγιες ειναι πολυ θερμες και φθανουν εως και 2000 βαθμους Κελσιου.

Ενα αλλο αρνητικο των μπαταριων ιοντων Λιθιου ειναι η εκλυση θερμοτητας οταν τα κυτταρα ιοντων Λιθιου υποβαλλονται σε μηχανικη καταπονηση, υφιστανται εσωτερικες κατασκευαστικες ανωμαλιες ‘η λειτουργουν πανω ‘η κατω απο την σωστη ταση ‘η εσωτερικη θερμοκρασια.

Σε αυτες τις καταστασεις θερμοτητα μπορει να δημιουργηθει εντος των κυτταρων ιοντων Λιθιου η οποια μπορει να αυξηθει σε σημειο στο οποιο τηκονται οι διαχωριστες μεσα στα κυτταρα.

Αυτο προκαλει μια αντιδραση μεταξυ του υλικου καθοδου και του ηλεκτρολυτη  και μπορει να εχει ως αποτελεσμα την αυξηση της θερμοκρασιας μεχρις οτου η κυψελη εκλυει τοξικα και ευφλεκτα αερια.

Εαν προκυψει αναφλεξη, αυτα τα αερια μπορουν να δημιουργησουν μια απροβλεπτη πυρκαγια, η οποια μπορει να ειναι πολυ δυσκολο να σβησει.

Το μελλον θα συνδεθει με καθαροτερα ορυκτα και ανανεωσιμα καυσιμα και η υιοθεσια τους θα εξαρτηθει μεταξυ αλλων, απο την διαθεσιμοτητα, την υποδομη, τις περιβαλλοντικες επιπτωσεις, την ασφαλεια, την τιμη, τους κανονισμους και την τεχνικη καταλληλοτητα.

Το Ντιζελ θεωρειται ακαταλληλο καυσιμο για συστηματα κυψελων καυσιμου λογω των επιπλοκων επεξεργασιας παρ’ ολου που ειναι το ποιο ερευνηθεν καυσιμο για θαλασσια συστηματα κυψελων καυσιμου, καθως ειναι φθηνο, ενεργειακα πυκνο, και η υποδομη ειναι πληρως ανεπτυγμενη.

Αναλογως το συστημα κυψελων καυσιμου που θα επικρατησει, απαιτουνται διαφορα βηματα επεξεργασιας για να αποκτηθει ενα αεριο τροφοδοσιας με επαρκει καθαροτητα, μετατρεποντας ενεργεια σε αεριο και αεριο σε υγρο.

Με αλλα λογια. Ενα συνθετικο καυσιμο ντιζελ μπορει να προερχεται απο ορυκτες πρωτες υλες, συνηθως υγροποιημενο φυσικο αεριο, αλλα και απο βιοαεριο ‘η διοξειδιο του ανθρακος και ανανεωσιμη ενεργεια.

Το υγροποιημενο φυσικο αεριο ειναι το αποθηκευμενο φυσικο αεριο σε κρυογονικες συνθηκες, κατω των -162 βαθμων Κελσιου σε περιβαλλοντικη πιεση και αποτελει σημερα την ποιο σημαντικη πηγη υδρογονου και μεθανολης.

Η παραγωγη υδρογονου απο υγροποιημενο φυσικο αεριο πανω στο πλοιο μεταφορας ειναι η πιθανως φθηνοτερη, αποτελεσματικοτερη και ποιο πυκνη απο την χρηση υδρογονου που παραγεται αλλου.

Επιπροσθετα μπορει να ανοιξει τον δρομο για την χρηση μελλοντικων ανανεωσιμων αεριων καυσιμων επι του σκαφους μεταφορας.

Θα πρεπει εδω να σημειωθει οτι πολλα συστηματα κυψελων καυσιμου υψηλης θερμοκρασιας εχουν ηδη σχεδιαστει για να χρησιμοποιουν φυσικο αεριο και εχουν αποδειξει υψηλες ηλεκτρικες αποδοσεις.

Η μεθανολη ειναι υγρη σε θερμοκρασιες περιβαλλοντος και μπορει να χρησιμοποιηθει στην συμβατικη υποδομη υγρων καυσιμων με ελαχιστες προσαρμογες.

Μπορει να χρησιμοποιηθει στην κυψελη καυσιμου αμεσης μεθανολης και να αναμορφωθει σε μετριες θερμοκρασιες, ειτε σε ενα ξεχωριστο συστημα ειτε ενσωματωμενο στο συστημα κυψελων καυσιμου υψηλης θερμοκρασιας πολυμερικης μεμβρανης.

Προωση πλοιων στην εμπορικη ναυτιλια και υποβρυχιων στο πολεμικο ναυτικο με κυψελες καυσιμου και εφαρμογη αυτων σε οικιακη ‘η βιομηχανικη μεταβολη ηλεκτρικης ενεργειας, σε επιβατικα οχηματα οσο και σε μεσα μαζικης μεταφορας.

Μια κυψελη καυσιμου ειναι ενας ηλεκτροχημικος μετατροπεας, ο οποιος οταν τροφοδοτειται με ενα καυσιμο και ενα μεσο οξειδωσης, μετατρεπει την χημικη ενεργεια των δυο σε ηλεκτρικη, θερμικη και σε αλλα προ’ι’οντα της αντιδρασης.

Αυτη αποτελειται απο το ηλεκτροδιο της ανοδου και καθοδου, απο εναν ηλεκτρλυτη ο οποιος αγει ιοντα απο το ενα ηλεκτροδιο στο αλλο και διπολικες πλακες οι οποιες μεταφερουν τα αντιδρωντα στα ηλεκτροδια.

Η προοδος της τεχνολογιας προωσης στην ναυτιλια δεν εχει συμβαδισει με την αντιστοιχη για τις οδικες μεταφορες λογω ελλειψης αυστηρων κανονισμων σχετικα με τις περιβαλλοντικες επιπτωσεις εως την τελευταια δεκαετια και λογω του κοστους ιδιοκτησιας.

Στην τελευταια δεκαετια ομως ελαβαν χωρα και στην διεθνη ναυτιλια τεχνολογικες βελτιωσεις με μειωση της καταναλωσης καυσιμου και τις επιπτωσεις των πλοιων στο περιβαλλον.

Αυτες περιλαμβανουν βελτιωσεις κινητηρα, επανακυκλοφορια καυσιμου, δυο σταδια υπερσυμπιεσης, κυκλο αργης μετακαυσης, σχεδιασμος θαλαμου εξυπνης καυσης, προηγμενα συστηματα εγχυσης καυσιμου, μετεπεξεργασια καυσαεριων, χρηση διαφορετικων καυσιμων και σχεδιασμος

eφαρμογης του φαινομενου Magnus για την προωση των πλοιων

με κινητηρες Flettner.

Οι προοπτικες της τεχνολογιας των κυψελων καυσιμου εχουν δωσει κινητρα σε πολλες μελετες για την αξιολογηση των δυνατοτητων εφαρμογης τους και στο περιβαλλον της εμπορικης ναυτιλιας και του πολεμικου ναυτικου.

Αυτες οι ερευνες ποικιλουν απο τη μελετη σκοπιμοτητας διαφορων συστηματων κυψελων καυσιμου με καυσιμο ντιζελ, υδρογονο ‘η αλλα, στην εμπορικη εφαρμογη και την

αναεροβια προωση για τα υποβρυχια του πολεμικου ναυτικου.

Το εαν τα συστηματα κυψελων καυσιμου θα εφαρμοστουν γενικοτερα στην εμπορικη ναυτιλια και στο πολεμικο ναυτικο εξαρταται απο την ικανοτητα τους να πληρουν τις απαιτησεις μεταβολης ισχυος επι των πλοιων.

Επειδη οι κυψελες καυσιμου ειναι επεκτασιμες σημαινει οτι αυτες μπορουν να συγκεντρωθουν μεταξυ τους για να σχηματιζουν στοιβες, και με την σειρα τους αυτες μπορουν να συνδυαστουν σε μεγαλυτερα συστηματα.

Αυτα ποικιλουν σημαντικα σε μεγεθος και ισχυ, απο φορητα συστηματα για επαναφορτιση μπαταριων εως αντικαταστασεις κινητηρων καυσης για ηλεκτρικα οχηματα, για  κυψελες μεγαλων εγκαταστασεων πολλαπλων MW που μεταβαλλουν ηλεκτρικη ενεργεια απευθειας στο ηλεκτρικο δικτυο.

Οι κυψελες γενικα διακρινονται, σε καυσιμου τετηγμενου ανθρακα, καυσιμου μεμβρανης ανταλλαγης πρωτονιων, καυσιμου φωσφορικου οξεος, καυσιμου στερεου οξειδιου, καυσιμου αμεσης μεθανολης και αλκαλικες κυψελες καυσιμου.

Αυτες χαρακτηριζονται με τα οφελη, ως χαμηλες προς μηδενικες εκπομπες, υψηλη αποδοση, αξιοπιστια, ευελεξια καυσιμων, ενεργειακη ασφαλεια, αντοχη, ευελεξια και ησυχη και  αθορυβη λειτουργια.

Συμφωνα με μια εκθεση για πολιτικη εφαρμογη ναυτιλιακων κυψελων καυσιμου, οι κυψελες καυσιμου στερεου οξειδιου αποτελουν την ποιο ελπιδοφορα τεχνολογια, ως διακριτη βελτιωση της αποδοσης που μπορει να επιτευχθει με βαση τον υφισταμενο εξοπλισμο.

Οι κυψελες αυτες ειναι παρομοιες με τις κυψελες καυσιμου τηγματος ανθρακικων αλατων ως προς την θερμοκρασια λειτουργιας και τις εφαρμογες.

Η κυψελη καυσιμου στερεου οξειδιου λειτουργει σε θερμοκρασιες 600 – 1000 βαθμων Κελσιου.

Αυτο πρακτικα σημαινει οτι υψηλοι ρυθμοι αντιδρασης μπορουν να επιτευχθουν χωρις την αναγκη ακριβων καταλυτων, και τα καυσιμα οπως φυσικο αεριο, μπορουν να χρησιμοποιηθουν αμεσα, τα οποια μετασχηματιζονται εσωτερικα της κατασκευης σε υδρογονο και δεν απαιτουν καποια εξωτερικη μοναδα για τον σκοπον αυτον.

Η κυψελη καυσιμου στερεου οξειδιου, ειναι εξ’ολοκληρου στερεη κατασκευη.

Ο ηλεκτρολυτης ειναι μη πορωδες κεραμικο υλικο αγωγιμο στα ιοντα του οξυγονου που διερχονται απο το πλεγμα του μεταλλου.

Εξαιτιας της υψηλης θερμοκρασιας της δεν ειναι απαραιτητη η χρησιμοποιηση πολυτιμων μεταλλων για τον καταλυτη.

Η κυψελη αυτη χρησιμοποιει ως καυσιμο υδρογονο, βουτανιο, μεθανολη και αλλα προ’ι’οντα του πετρελαιου και εχει ευρος ισχυος απο 1 kW εως 1 MW.

Οι εφαρμογες της εστιαζονται, σε μεγαλες μοναδες συμ-μεταβολης ηλεκτρικης ενεργειας και θερμοτητας, δεδομενου οτι εχει την μεγαλυτερη θερμοκρασια λειτουργιας απο ολους τους τυπους των κυψελων καυσιμου.

Γ. Θ. Χατζηθεοδωρου

Ο ΝΟΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ

Απαγορεύεται οποιαδήποτε αντιγραφή η απόσπασμα. 

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

http://arxaiaithomi.gr