Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Είτε στη στεριά είτε στη θάλασσα, εδώ και χιλιάδες χρόνια η ανθρωπότητα έχει αξιοποιήσει την αιολική ενέργεια για να εκτελέσει ενέργειες που αποδείχθηκαν αδύνατες μόνο μέσω της σωματικής δύναμης. Στην ξηρά, η αιολική ενέργεια χρησιμοποιήθηκε από ανεμόμυλους για να αλέσουν σιτάρι ή να αντλήσουν νερό από βαθιά πηγάδια. Στη θάλασσα, ο άνεμος έχει φουσκώσει τα πανιά πλοίων και κατασκευών κάθε μεγέθους, δίνοντας στην ανθρωπότητα την ευκαιρία να περιηγηθεί πάνω στο απέραντο γαλάζιο.

Η τεχνολογική εξέλιξη και η καινοτομία έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας, οδηγώντας στις σύγχρονες ανεμογεννήτριες. Με βάση στοιχεία από έκθεση του 2019 που συνέταξε ο Διεθνής Οργανισμός Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA), η αιολική ενέργεια βρίσκεται αυτή τη στιγμή στη δεύτερη θέση μεταξύ των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με εγκατεστημένη ισχύ 564 GW: η αιολική ενέργεια αντιπροσωπεύει το 5% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αριθμός που έχει διπλασιαστεί τα τελευταία 10 χρόνια.

Τι είναι η αιολική ενέργεια;

Η βάση της αιολικής ενέργειας βρίσκεται στην αξιοποίηση της ισχύος του ανέμου μέσω μιας ανεμογεννήτριας, της σύγχρονης εκδοχής των παλιών ανεμόμυλων.

Όταν ο άνεμος φυσάει με επαρκή ένταση, η ισχύς του μετακινεί τα πτερύγια της ανεμογεννήτριας ενεργοποιώντας έναν μηχανισμό, ο οποίος βρίσκεται μέσα σε ένα ειδικά δομημένο περίβλημα που ονομάζεται άτρακτος.

Η κίνηση του μηχανισμού μεταφέρεται στη συνέχεια σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων που επιταχύνει την περιστροφή του και το μεταφέρει με σκοπό τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας, ένα ειδικό σύστημα ελέγχει διεξοδικά όλα τα εξαρτήματα της ατράκτου, διασφαλίζοντας ότι οι λειτουργίες εκτελούνται ομαλά.

Μόλις παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα, αυτό μεταφέρεται μέσω ενός καλωδίου τροφοδοσίας σε έναν μετασχηματιστή που συλλέγει όλη την ενέργεια που παράγεται από κάθε μεμονωμένη τουρμπίνα του αιολικού πάρκου και στη συνέχεια αποστέλλεται στο ηλεκτρικό δίκτυο.

Αν η γη είναι το σπίτι μας, οφείλουμε πολλά στην ηλιακή ενέργεια. Για να γίνει κατανοητή η σημασία της, πρέπει να αναφέρουμε ότι η ηλιακή ακτινοβολία είναι το βασικό στοιχείο της φωτοσύνθεσης της χλωροφύλλης, η οποία συνιστά την αφετηρία κάθε ζωής για τα περισσότερα πλάσματα που κατοικούν στον πλανήτη. Η ηλιακή ακτινοβολία αποτελεί επίσης την προέλευση των ανέμων, της παλίρροιας και των ορυκτών καυσίμων: ο ήλιος είναι η κύρια μηχανή σχεδόν όλων των μορφών ενέργειας στον πλανήτη μας.

Στο πέρασμα του χρόνου, η ανθρωπότητα χρησιμοποίησε την ισχυρή σύνδεση μεταξύ της ζωής των φυτών και του ήλιου, προκειμένου να μάθει να διαχειρίζεται τον κύκλο ζωής των φυτών και να τα μετατρέψει σε βρώσιμες καλλιέργειες. Καθώς η τεχνολογική πρόοδος προχωρούσε, μέχρι τα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, κατέστη επίσης δυνατή η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω του ηλιακού κυττάρου: μια συσκευή που αξιοποιεί το φαινόμενο της φυσικής γνωστό ως φωτοβολταϊκό φαινόμενο.

Σήμερα, μετά από σχεδόν 150 χρόνια από την δημιουργία του πρώτου φωτοβολταϊκού κυττάρου, η ηλιακή ενέργεια είναι η ταχύτερα αναπτυσσόμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (+24% ετησίως, σύμφωνα με την έκθεση IRENA 2019) και η τεχνολογική της εξέλιξη ακολουθεί την ίδια πορεία, παρέχοντας ολοένα και πιο αποδοτικές μονάδες ηλιακής ενέργειας. Το παγκόσμιο όριο των 1.000 GW εγκατεστημένης ισχύος είναι έτοιμο να επιτευχθεί και να ξεπεραστεί, με την Ασία να ηγείται της παγκόσμιας αναπτυξιακής τάσης. Έτσι, ο ήλιος θα συνεχίσει να λάμπει και να καθοδηγεί την ασταμάτητη αύξηση της πράσινης ενέργειας.

Πώς λειτουργούν τα φωτοβολταϊκά;

Ο πυρήνας κάθε ηλιακού φωτοβολταϊκού πάρκου αποτελείται από πάνελ. Η ημιαγώγιμη επικάλυψή τους – με πυρίτιο, για παράδειγμα – αντιδρά στο ορατό φως και δημιουργεί ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία, χάρη στο φυσικό φαινόμενο που είναι γνωστό ως «φωτοβολταϊκό φαινόμενο». Στη συνέχεια, τα πάνελ τοποθετούνται σε στήλες στήριξης που διασφαλίζουν ότι έχουν σωστή κλίση και προσανατολισμό ώστε να εκμεταλλεύονται πλήρως την έκθεσή τους στο φως.

Σε μια φωτοβολταϊκή συστοιχία, όλα τα ηλιακά πάνελ συνδέονται με έναν μετατροπέα, που είναι στην ουσία μια συσκευή που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που παράγεται από τα πάνελ σε εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο είναι πιο εύκολο στη μεταφορά και χρήση σε όλα τα νοικοκυριά. Ένα σύστημα ελέγχου είναι επιφορτισμένο με την επίβλεψη των λειτουργιών του ηλιακού πάρκου διασφαλίζοντας παράλληλα τη σύνδεσή του με το δίκτυο, έτσι ώστε να διασφαλίζεται η διαθεσιμότητα όλης της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.

Ένα από τα ατού της ηλιακής ενέργειας είναι η δυνατότητα απελευθέρωσης ενέργειας μέσω άλλων τύπων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, γνωστές και ως «θερμοδυναμικές» (ή συγκεντρωτικές), στις οποίες οι ακτίνες του ήλιου μπορούν να μετατραπούν σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας διαδικασίας παρόμοιας με τους παραδοσιακούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.

Αυτοί οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής δεν διαθέτουν φωτοβολταϊκά πάνελ, αλλά αξιοποιούν καθρέφτες που συγκεντρώνουν τις ακτίνες του ήλιου σε ένα συγκεκριμένο σημείο, γνωστό ως «συλλέκτης», που περιέχει ένα υγρό μεταφοράς θερμότητας. Η θερμότητα που παράγεται από τον ήλιο είναι υπεραρκετή για να μετατρέψει αυτό το υγρό σε ατμό, ο οποίος με τη σειρά του διοχετεύεται σε έναν στρόβιλο.

Το νερό είναι κάτι πολύ περισσότερο από τη βάση της ζωής και ένα σημαντικό μέρος της τροφικής μας αλυσίδας και υγιεινής. Είναι μια από τις πρώτες επιδιώξεις της ανθρωπότητας όσον αφορά την αξιοποίηση της ενέργειας μέσω των φυσικών πόρων, δηλαδή την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας. Με βάση την έκθεση του Διεθνούς Οργανισμού Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA) του 2019, η συνολική ισχύς από τον παγκόσμιο υδροηλεκτρικό σταθμό ανέρχεται σε 1.172 GW: περίπου το 50% της συνολικής παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.

Ακόμα κι αν η υδροηλεκτρική ενέργεια βρίσκεται στην κορυφή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αυτό δεν εμπόδισε τα τμήματα ερευνών να αυξήσουν την αποδοτικότητά της. Χάρη στην τρέχουσα διαθέσιμη τεχνολογία, το 90% του νερού μετατρέπεται πλέον σε ηλεκτρική ενέργεια, παρέχοντας τριπλάσια αύξηση της απόδοσης σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας.

Το χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα και η υψηλή αποδοτικότητα είναι οι παράγοντες που συμβάλλουν στην παροχή εξαιρετικής απόδοσης: ανάμεσα στους μεγαλύτερους σταθμούς παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στον κόσμο, οι πέντε πρώτοι τροφοδοτούνται από νερό.

Πώς λειτουργεί η υδροηλεκτρική ενέργεια;

Η υδροηλεκτρική ενέργεια μπορεί να βασιστεί σε δύο απλούς αλλά ισχυρούς συμμάχους: το νερό και τη βαρύτητα. Όλοι οι τύποι υδροηλεκτρικών σταθμών αξιοποιούν τη βαρύτητα για να επιταχύνουν τη ροή και να απελευθερώσουν την ισχύ που μεταφέρει η κινητική της ενέργεια.

Προκειμένου να αξιοποιηθεί η ηλεκτρική ενέργεια από το νερό, απαιτείται μια δεξαμενή για την αποθήκευση της δυνητικής ενέργειάς της, συνήθως με τη μορφή μιας τεχνητής λίμνης που δημιουργείται από ένα φράγμα που βρίσκεται προς τα πάνω.

Μια σειρά από γιγαντιαία δίκτυα ύδρευσης επιτρέπουν στο νερό να απελευθερωθεί με δύναμη προς τα κάτω, όπου βρίσκεται το μεγαλύτερο μέρος των μηχανημάτων του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Χάρη στην πτώση που δημιουργείται από το δίκτυο ύδρευσης, το νερό αυξάνει την ταχύτητά του μέχρι να κάνει τα πτερύγια του στροβίλου να περιστρέφονται, τα οποία με τη σειρά τους συνδέονται μηχανικά με μια γεννήτρια. Αυτή είναι η στιγμή που η ηλεκτρική ενέργεια περνάει μέσα από μία γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, η οποία μειώνει την ένταση του ρεύματος ενώ αυξάνει την τάση του για να οδηγήσει την τροφοδοσία του στο ηλεκτρικό δίκτυο.