Εισαγωγή
Ο εξηλεκτρισμός της χώρας άρχισε το 1950 από την ΔΕΗ και βασίσθηκε στις εγχώριες πηγές ενέργειας, τις υδατοπτώσεις και τον λιγνίτη. Το πρώτο πρόγραμμα της ΔΕΗ συμπεριέλαβε τρεις υδροηλεκτρικούς σταθμούς και έναν λιγνιτικό με γεωγραφική διασπορά. Ακολούθησαν και άλλοι μεγάλοι υδροηλεκτρικοί και λιγνιτικοί σταθμοί που μαζί με την ανάπτυξη των γραμμών και υποσταθμών μεταφοράς σύντομα αποτέλεσαν το διασυνδεδεμένο ηλεκτρικό σύστημα της χώρας.
Μεγάλη ανάπτυξη λιγνιτικών σταθμών και λιγνιτωρυχείων έγινε στην δεύτερη πενταετία του 1970, έτσι ώστε σταθμοί και δίκτυα να οδηγήσουν το 1980 στον πλήρη εξηλεκτρισμό της χώρας που βασίζονταν στις εγχώριες πηγές ενέργειας. Αυτή την περίοδο εντάσσεται και η ανάπτυξη των ΑΠΕ, κυρίως αιολική και ηλιακή ενέργεια αρχίζοντας από τα νησιά που είχαν πλήρη εξάρτηση από το πετρέλαιο. Η ΔΕΗ ήταν η πρώτη ηλεκτρική εταιρεία στην Ευρώπη που συμπεριέλαβε την αξιοποίηση των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή.
Αυτή η σώφρων πολιτική της ΔΕΗ, παρά τις εξωτερικές πιέσεις, εξασφάλισε ενεργειακή αυτάρκεια και ασφάλεια με προσιτές και σταθερές τιμές για τους καταναλωτές επί σειρά ετών, ενώ δημιουργούνταν καλές προοπτικές και προσδοκίες για την ανάπτυξη των ΑΠΕ με το πλούσιο δυναμικό που διαθέτει η χώρα.
Τα μικρά υδροηλεκτρικά, η γεωθερμία και η βιομάζα χρησιμοποιούν γνωστές και αξιόπιστες τεχνολογίες στην ηλεκτροπαραγωγή, αξιοποιώντας το (πεπερασμένο) δυναμικό τους, σχεδόν από την είσοδο του ηλεκτρισμού στην κοινωνία και την οικονομία. Η αξιοποίηση όμως της αιολικής και ηλιακής ενέργειας στην ηλεκτροπαραγωγή, παρά τις επίμονες προσπάθειες, αντιμετώπισε ανυπέρβλητα τεχνικά προβλήματα. Τα πρώτα θετικά βήματα που οδηγούσαν σε εμπορικές εφαρμογές έγιναν στο δεύτερο ήμισυ του 20ου αιώνα και εντάθηκαν οι προσπάθειες μετά την πετρελαϊκή κρίση της δεκαετίας του 1970, αξιοποιώντας και τις τεχνολογίες που εν τω μεταξύ αναπτύχθηκαν. Το δυναμικό τους είναι πρακτικά άπειρο κατανεμημένο σε όλο τον πλανήτη, οπότε με την συμβολή της τεχνολογίας μπορεί όλος ο κόσμος να έχει πρόσβαση στον ηλεκτρισμό και με προσιτό κόστος.
Στις επόμενες ενότητες περιγράφεται συνοπτικά η ανάπτυξη των τεχνολογιών της αιολικής και της ηλιακής ενέργειας στην Ελλάδα και στην Ευρώπη, καθώς και σκέψεις για ηλεκτρικά δίκτυα προς 100% ΑΠΕ στη χώρα.
Έρευνα και Ανάπτυξη της Αιολικής Ενέργειας
α) Τα πρώτα βήματα
Ένα καλοκαίρι στην δεκαετία του 1960 εντυπωσιάσθηκα από τον άνεμο που φύσαγε όλες τις μέρες στο νησί με τους ανεμόμυλους να δείχνουν τον δρόμο για την ενεργειακή αξιοποίηση του ανέμου. Σαν νέος μηχανικός μου γεννήθηκε ιδέα της εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας για ηλεκτροπαραγωγή και άρχισα τις προσπάθειες.
Στα μέσα της δεκαετίας του 1970 η Διεύθυνση Προγραμματισμού της ΔΕΗ μετά από έκθεσή μου, ενέταξε την αιολική ενέργεια στο πρόγραμμα, αρχίζοντας με τις μετρήσεις του αιολικού δυναμικού στα νησιά. Επόμενο βήμα ήταν η επιδίωξη διεθνούς συνεργασίας για έρευνα και επιδεικτικό έργο σε ένα νησί.
Ετοιμάζοντας μια εργασία για την αιολική ενέργεια στα νησιά για ένα συνέδριο, με έκπληξη κατέληξα στο συμπέρασμα ότι η διείσδυση της αιολικής ενέργειας στα ηλεκτρικά συστήματα ως έχουν και λειτουργούν δεν μπορεί να υπερβεί ένα 10% σε ετήσια βάση, οπότε άλλαξα τον αρχικά ενθουσιώδη τίτλο. Αυτή η πρωτοποριακή ανακοίνωση (1977) ίσως ήταν η πρώτη που έγινε διεθνώς, αφού έξι χρόνια μετά, η μελέτη που έγινε για το βρετανικό ηλεκτρικό σύστημα κατάληξε στο ίδιο συμπέρασμα που με διστακτικότητα ανακοίνωσαν.
Η μεγάλη πρόκληση πλέον ήταν η μεγαλύτερη διείσδυση της αιολικής ενέργειας στα ηλεκτρικά συστήματα, που άρχισα να μελετώ. Η λύση οδηγούσε στην αλλαγή της κοινής πρακτικής, δηλαδή όχι απλά σύνδεση των ανεμογεννητριών στο δίκτυο αλλά η πλήρης ενσωμάτωσή τους στο ηλεκτρικό σύστημα, συμμετέχοντας στην διαχείριση και λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος. Αυτή η ιδέα εμφανίσθηκε με τον όρο “integration” δύο δεκαετίες αργότερα στην Ευρώπη και διεθνώς.
β) Αιολικό Πάρκο Κύθνου – Το πρώτο Αιολικό Πάρκο της Ευρώπης
Το Αιολικό Πάρκο της Κύθνου ήταν ένα ερευνητικό/πιλοτικό έργο με στόχο την μεγάλη διείσδυση της αιολικής ενέργειας (>25%) σε ένα ασθενές ηλεκτρικό σύστημα. Έγινε στα πλαίσια της «Ελληνογερμανικής Συνεργασίας στην Επιστημονική Έρευνα και Τεχνολογία» με την συνεργασία της ΔΕΗ και της MAN Neue Technologie.
Τον Απρίλιο του 1979 στα πλαίσια της Ελληνογερμανικής Εβδομάδας Ηλιακής Ενέργειας στην Κρήτη αποτελέσαμε μια μικρή ομάδα στην αιολική ενέργεια και συζητήσαμε όλη την εβδομάδα για να καταλήξουμε στα τεχνικά χαρακτηριστικά με τις σχετικές δράσεις και στον καταμερισμό των εργασιών. Το έργο στην Κύθνο θα αποτελούνταν από 5 ανεμογεννήτριες των 20 kW η καθεμιά με ρύθμιση κλίσεως πτερυγίων και προηγμένα συστήματα ελέγχου, δηλαδή συνολικά 100kW όταν η ελάχιστη ζήτηση στο νησί ήταν τότε 45 kW.
Δώσαμε την ελκυστική ονομασία “Wind Park of Kythnos”, «Αιολικό Πάρκο Κύθνου», εκφράζοντας έτσι καλύτερα το όραμα για την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας στην Ευρώπη, σε αντιδιαστολή με τον όρο “Wind Farm” που αναφέρονταν τότε στις ΗΠΑ. Από την μελέτη προσομοίωσης για ένα πλήρες έτος με ωριαία δεδομένα ταχύτητας ανέμου και κατανάλωσης για το 1980, επελέγη τελικά το σενάριο με ελάχιστη ισχύ 20 kW στο σταθμό Diesel που εξασφάλιζε 23,5% διείσδυση της αιολικής ενέργειας. Για την επιτυχή ενσωμάτωση του Αιολικού Πάρκου στο σύστημα και την συνεργασία με τις παλιές μονάδες του σταθμού έγιναν ειδικές μετρήσεις των πραγματικών δυναμικών χαρακτηριστικών των μονάδων Diesel για τα συστήματα ελέγχου. Μελετήθηκαν και εγκαταστάθηκαν συστήματα ελέγχου αιολικών μονάδων και Αιολικού Πάρκου με νέες ιδέες και προηγμένες τεχνολογίες ηλεκτρονικών, ελέγχου κλίσεως των πτερυγίων, καθώς και διατάξεις αντιστάθμισης αέργου ισχύος. Έγινε μεταφορά δεδομένων μεταξύ του σταθμού Diesel και του Αιολικού Πάρκου μέσω καλωδιακής σύνδεσης και με αξιόπιστο σύστημα ελέγχου εξασφαλίσθηκε η πλήρως αυτοματοποιημένη λειτουργία του Αιολικού Πάρκου με αρμονική συνεργασία με το θερμοηλεκτρικό Σταθμό.
Το πρώτο Αιολικό Πάρκο της Ευρώπης τέθηκε σε λειτουργία στις 15 Απριλίου 1982 και χαρακτηρίζει την απαρχή της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στα ηλεκτρικά δίκτυα. Η ενσωμάτωση του Αιολικού Πάρκου στο ηλεκτρικό σύστημα με τις μονάδες Diesel έγινε με επιτυχία και εξασφαλίσθηκε ομαλή λειτουργία. Ως γενικό συμπέρασμα προέκυψε ότι μεγαλύτερη διείσδυση αιολικής ενέργειας άνω του 25% σε ετήσια βάση είναι τεχνικά και οικονομικά εφικτή.
Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή θεώρησε πολύ σημαντικό το έργο και μου ανέθεσε την εκπόνηση μιας Έκθεσης με τα συμπεράσματα. Αυτή η Έκθεση, που κυκλοφόρησε ευρύτατα στην Ευρώπη, δεν προσέλκυσε το ενδιαφέρον εντός της ΔΕΗ. Άλλοι γιατί δεν πίστευαν στην αιολική ενέργεια και άλλοι από άγνοια και με ασυγχώρητη απλούστευση, νομίζοντας ότι η αιολική ενέργεια είναι μια εύκολη υπόθεση. Ήταν και κάποιοι που απαξίωναν τα kW των ΑΠΕ, καθώς η ΔΕΗ ήταν πλέον η εταιρεία των GW, αγνοώντας ότι ο ηλεκτρισμός ξεκίνησε με μονάδες των kW.
γ) Η Δημιουργία του EWEA και η Συμβολή του στην Ανάπτυξη της Αιολικής Ενέργειας και της Ευρωπαϊκής Βιομηχανίας
Οι χώρες της Βόρειας Ευρώπης και ιδιαίτερα η Μεγάλη Βρετανία είχαν αρχίσει συντονισμένες προσπάθειες για την αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας από την δεκαετία του 1970. Στο 4ο Διεθνές Συμπόσιο για Συστήματα Αιολικής Ενέργειας (ISWES) που έγινε στην Στοκχόλμη τον Σεπτέμβριο 1982, υπήρχε ενθουσιασμός με την κατασκευή δύο ανεμογεννητριών ισχύος 3MW, που βέβαια ήταν πρόωρη.
Με μερικούς συνέδρους συζητήσαμε την δημιουργία ενός συνδέσμου σε Ευρωπαϊκό επίπεδο για την ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας, δίδοντας ώθηση στην βιομηχανία και στις εφαρμογές. Φάνηκε ότι οι συνθήκες ήταν ώριμες λόγω της δραστηριοποίησης μεγάλων εταιρειών και ερευνητικών κέντρων, ενώ ήταν έκδηλη η ικανοποίηση με την λειτουργία του Αιολικού Πάρκου της Κύθνου. Εκπρόσωποι από επτά Ευρωπαϊκές χώρες αρχικά, αποφασίσαμε να ενώσουμε τις προσπάθειες και να ιδρύσουμε την Ευρωπαϊκή Ένωση Αιολικής Ενέργειας (European Wind Energy Association, EWEA) και ορίσαμε προσωρινή διοίκηση με έδρα στις Βρυξέλλες. Δόθηκε βαρύτητα στην συμμετοχή των εταιρειών ηλεκτρισμού για την ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας κατά το παράδειγμα της ΔΕΗ, προγραμματίζοντας σχετικές ημερίδες, καθώς και τα EWEC (European Wind Energy Conference). Μεταξύ των άλλων, αποφασίσαμε και οργανώσαμε τον Μάιο του 1985 το διεθνές συνέδριο των Δελφών στην Ελλάδα για την αιολική ενέργεια και τις εφαρμογές (Wind Energy – Applications). Ήταν μεγάλη η συμμετοχή και σημαντική η παρουσία από την ελληνική πλευρά.
Στο EWEA συζητούσαμε και ανησυχούσαμε τότε για τις πρακτικές που εφάρμοζαν μερικές βιομηχανίες, μικρές κατά το πλείστον, οι οποίες πρόσφεραν ανεμογεννήτριες στην αγορά χωρίς τις απαραίτητες μελέτες. Έγιναν επανειλημμένες πτωχεύσεις εταιρειών ώσπου να πεισθούν οι βιομηχανίες για την χρήση νέων υπολογιστικών εργαλείων και τεχνολογιών, μεταφέροντας εμπειρίες από τις αεροδιαστημικές εταιρείες. Σε όλο αυτό το διάστημα το EWEA είχε έναν σημαντικό ρόλο στην υποστήριξη της βιομηχανίας προς την σωστή κατεύθυνση, ενώ συνέβαλλε και η ΕΕ με τα προγράμματα έρευνας στην αιολική ενέργεια.
Οι τεχνολογίες των ηλεκτρονικών ισχύος και της πληροφορικής και επικοινωνιών (ICT) με τις ερευνητικές προσπάθειες που ακολούθησαν συνέβαλλαν στην κατασκευή πλέον αποδοτικών και αξιόπιστων μεγάλων ανεμογεννητριών. Αναπτύχθηκε η ιδέα για τα υπεράκτια αιολικά πάρκα, όπου πιθανότατα βρίσκεται το μέλλον της αιολικής ενέργειας, μεταφέροντας τεχνογνωσία και εμπειρίες από τις εταιρείες εξόρυξης πετρελαίου.
Το EWEA εξελίχθηκε σε έναν ισχυρό οργανισμό με επιρροή στα κέντρα λήψης αποφάσεων και συνέβαλε στην ανάπτυξη της Ευρωπαϊκής βιομηχανίας ανεμογεννητριών και των εφαρμογών τόσο στην ξηρά όσο και στην θάλασσα. Τα τελευταία χρόνια το EWEA μετονομάσθηκε σε WindEurope.
Ηλιακή Ενέργεια και Φωτοβολταϊκές Εφαρμογές
Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή είχε προκηρύξει ένα ειδικό ερευνητικό πρόγραμμα το 1980-1983 με πιλοτικά έργα φωτοβολταϊκών. Κύριοι στόχοι ήταν η ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών τεχνολογιών στην Ευρώπη και η υποστήριξη της νέας τότε Ευρωπαϊκής βιομηχανίας. Η Ελλάδα μπορούσε να συμμετάσχει ως το 10ο μέλος με ίσους όρους με τα άλλα κράτη-μέλη. Η ΔΕΗ, έχοντας το μονοπώλιο, ήταν η μόνη που μπορούσε να συμμετάσχει στο πρόγραμμα και δέχθηκε δύο προτάσεις, μία από Γερμανική εταιρεία και μία από Γαλλική. Παρουσιαζόταν η ευκαιρία ώστε η Ελλάδα με την ΔΕΗ να εισέλθει σε μια νέα, κορυφαία τεχνολογία ηλεκτροπαραγωγής μέσω της εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας.
Οι δύο προτάσεις υποστηρίχθηκαν και έγιναν αποδεκτές από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή για να υπογραφούν εν συνεχεία οι σχετικές συμβάσεις. Ήταν ο Φ/Β Σταθμός Κύθνου με την Γερμανική Siemens AG 100 kWp με συσσωρευτές μολύβδου συνδεδεμένος στο δίκτυο, και ο Αυτόνομος Φ/Β Σταθμός Αγίας Ρουμέλης με την Γαλλική SERI-Renault, 50 kWp με συσσωρευτές μολύβδου, για την ηλεκτροδότηση της ομώνυμης Κοινότητας στην έξοδο του Φαραγγιού της Σαμαριάς στην Κρήτη.
Το έργο της Αγίας Ρουμέλης είχε πολλές δυσκολίες αλλά αντιμετωπίσθηκαν όλα τα προβλήματα, ώστε τον Σεπτέμβριο του 1982 να γίνουν τα εγκαίνια. Ήταν το πρώτο πιλοτικό έργο του προγράμματος που ολοκληρώνονταν.
Στις δοκιμές διαπιστώθηκε πρόβλημα στο σύστημα ελέγχου της φόρτισης των συσσωρευτών που δεν θα εξασφάλιζε την πλήρη φόρτισή τους. Για την επίλυσή του ζήτησα τη συνδρομή της Ελληνικής ακαδημαϊκής κοινότητας που παρουσίασε μια καινοτόμο λύση που χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ ως ερευνητικό έργο και υλοποιήθηκε με επιτυχία, επιλύοντας ένα σοβαρό λειτουργικό πρόβλημα του Φ/Β Σταθμού. Ήταν μια πολύτιμη καινοτομία στα Φ/Β συστήματα, αμιγώς Ελληνική.
Στη συνέχεια έγινε το δίκτυο διανομής με τον εξωτερικό φωτισμό και συνδέθηκαν οι καταναλωτές (μέσω μετρητών και ειδικών διακοπτών) για να ηλεκτροδοτηθούν από τον Φ/Β σταθμό και την ηλιακή ενέργεια. Με καθυστέρηση εγκαταστάθηκε ως εφεδρική και για τις αιχμές του καλοκαιριού μια μικρή μονάδα Diesel, όπως προβλεπόταν. Στα επόμενα χρόνια όταν έγινε η επέκταση του δικτύου διανομής στην Αγία Ρουμέλη, η ΔΕΗ αντί να συνδέσει τον Φ/Β σταθμό στο δίκτυο και να προσφέρει καθαρή ενέργεια προτίμησε την αποξήλωση.
Οι εμπειρίες από την μελέτη-ανάπτυξη και λειτουργία του αυτόνομου Φ/Β σταθμού ήταν πολύτιμες και αξιοποιήθηκαν στα επόμενα έργα.
Φ/Β Σταθμός Κύθνου και η Καινοτόμος Ιδέα του “bidirectional inverter”
Ο Φ/Β σταθμός της Κύθνου με μονάδα αποθήκευσης (600kWh) σε συνδυασμό με το αιολικό πάρκο που ήταν σε ανάπτυξη συγκέντρωνε ξεχωριστό ενδιαφέρον με πολλές προκλήσεις. Βασικός στόχος της ΔΕΗ ήταν η κάλυψη σημαντικού μέρους των αναγκών του νησιού από την αιολική και την ηλιακή ενέργεια ώστε να επαναλαμβάνονται τέτοια έργα στα νησιά. Εδώ όμως η μεγαλύτερη πρόκληση ήταν η λειτουργία του αιολικού πάρκου και του Φ/Β σταθμού με την αποθήκευση σαν ένα αυτόνομο ηλεκτρικό σύστημα που θα τροφοδοτούσε το νησί.
Μετά από προσεκτική διερεύνηση για ευέλικτη και ευσταθή λειτουργία του σύνθετου ηλεκτρικού συστήματος, χωρίς πρόσθετο εξοπλισμό, έκρινα αναγκαία την ανάπτυξη ενός νέου ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος, ο οποίος θα λειτουργεί στα τέσσερα τεταρτημόρια του κύκλου με ευελιξία, συνδέοντας αιολικά, φωτοβολταϊκά και αποθήκευση για αξιόπιστη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές. Μέχρι τότε όλοι οι μετατροπείς λειτουργούσαν στα δύο τεταρτημόρια του κύκλου, δηλαδή η ροή της ηλεκτρικής ενέργειας ήταν προς την μία κατεύθυνση, από συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο, όπως προβλέπονταν στο έργο.
Ο μετατροπέας αυτός θα λειτουργούσε σαν «μετατροπέας αμφίδρομης λειτουργίας (bidirectional inverter)» με ευελιξία ανταποκρινόμενος αμέσως στις απαιτήσεις κάθε πλευράς, καλύπτοντας την ζήτηση, ώστε να λειτουργεί ως αυτόνομο σύστημα με ηλιακή και αιολική ενέργεια χωρίς τις μονάδες Diesel. Μελέτησα την ιδέα και ζήτησα από την Siemens AG να αναπτύξουν την τεχνολογία μετατροπέα με λειτουργία στα τέσσερα τεταρτημόρια για το σύστημα του Φ/Β σταθμού της Κύθνου, επισημαίνοντας τις μεγάλες δυνατότητες εφαρμογών στα μελλοντικά ηλεκτρικά συστήματα. Η Siemens AG δέχθηκε με ενθουσιασμό και υλοποίησε την καινοτόμο ιδέα.
Μετά την ολοκλήρωση των εργασιών και τους επιτυχείς ελέγχους τέθηκε ο Φ/Β Σταθμός σε δοκιμαστική λειτουργία τον Ιούλιο 1983. Ο διευθυντής ερευνών της Siemens AG έστειλε ένα Van με όργανα και δύο έμπειρους μηχανικούς και μου ζήτησε να κάνω εκτεταμένες δοκιμές στο Φ/Β σύστημα της Κύθνου, όπως εγώ θα αποφάσιζα. Η πρόταση ήταν μεγάλη τιμή αλλά και μεγάλη ευθύνη.
Στο πρόγραμμα δοκιμών δύο ημερών έδωσα έμφαση στην λειτουργία του μετατροπέα αμφίδρομης λειτουργίας. Ήταν οι δοκιμές του πρώτου four-quadrant operation inverter, ή όπως επικράτησε bidirectional inverter σε πραγματικές συνθήκες στην Κύθνο το καλοκαίρι του 1983. Οι πιο ενδιαφέρουσες δοκιμές έγιναν στο αυτόνομο σύστημα αιολικής και ηλιακής ενέργειας με τους συσσωρευτές, που τροφοδοτούσε ένα μέρος του νησιού, όπου βασικό ρόλο είχε ο μετατροπέας αμφίδρομης λειτουργίας.
Η τροφοδότηση των φορτίων με ενεργό και άεργο ισχύ ήταν ομαλή, καθώς και των ανεμογεννητριών με άεργο ισχύ (ασύγχρονες γεννήτριες), ενώ ταυτόχρονα η πλεονάζουσα ενέργεια που παράγεται από τον άνεμο και τον ήλιο φορτίζει τις μπαταρίες, ακόμη και στις ριπές ανέμου χωρίς καμία διαταραχή του συστήματος, Διατηρεί σταθερή τάση και συχνότητα και επιτυγχάνει ιδανικές συνθήκες λειτουργίας του σύνθετου συστήματος, Ήταν εξαιρετικά τα αποτελέσματα, υπεράνω προσδοκιών, από την αθόρυβη, αποδοτική λειτουργία του όλου συστήματος με άμεση και αξιόπιστη ανταπόκριση σε κάθε αλλαγή φορτίου ή καιρικών καταστάσεων που έχουν επιπτώσεις στην παραγωγή ηλιακής και αιολικής ενέργειας,
Το αδύνατο σημείο όμως ήταν η αδυναμία να τροφοδοτήσει στιγμιαία το ρεύμα βραχυκυκλώσεως για την απομόνωση σφαλμάτων. Στις δοκιμές που έγιναν σε διάφορα σημεία του δικτύου μέσης και χαμηλής τάσης ο μετατροπέας έβλεπε υπερένταση με καθορισμένο όριο (πχ 130%) και μετά από λίγα δευτερόλεπτα (πχ 10 s) διέκοπτε την τροφοδότηση για λόγους προστασίας, χωρίς να παρέχει στιγμιαία το αναγκαίο ρεύμα βραχυκυκλώσεως ώστε να γίνει η απομόνωση του σφάλματος. Εδώ εμφανίζεται το χάσμα των τεχνολογιών, μια νέα τεχνολογία ηλεκτρονικών μετατροπέων στην ηλεκτρική ενέργεια με ένα δίκτυο που διατηρεί την ίδια τεχνολογία επί έναν αιώνα.
Για την διερεύνηση και αναζήτηση λύσης συγκρότησα μια ελληνογερμανική ερευνητική ομάδα με την οικονομική υποστήριξη των αντίστοιχων υπουργείων έρευνας. Αυτό το θέμα σήμερα εμφανίζεται ως inverter based resources (IBR) και συγκεντρώνει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον για τα μελλοντικά ηλεκτρικά συστήματα με τις ΑΠΕ.
Στο χρονοδιάγραμμα είχα ζητήσει να αφιερωθεί ο πρώτος χρόνος στην έρευνα για νέες ιδέες με την χρήση των τεχνολογιών πληροφορικής και ηλεκτρονικών ισχύος, αλλά φάνηκε ότι ήταν πολύ νωρίς ακόμη. Έτσι, αποφασίσθηκε να δοθεί μια λύση με συμβατικό εξοπλισμό, που ήταν η παρεμβολή μιας στρεφόμενης σύγχρονης μηχανής, ένας σύγχρονος πυκνωτής, που αποτελεί και σήμερα δόκιμη λύση. Η ιδέα εξελίχθηκε μαζί με ένα σύγχρονο σύστημα μετρήσεων λειτουργικών στοιχείων για να γίνει η αξιολόγηση. Πριν ολοκληρωθεί το ερευνητικό έργο, κάποιοι στην ιεραρχία της ΔΕΗ ζήτησαν την διακοπή του ερευνητικού έργου, αφού η Κύθνος θα διασυνδεθεί με το σύστημα, οπότε δεν χρειάζονται συστήματα με ΑΠΕ, διακόπτοντας βίαια την έρευνα για τις εφαρμογές των ΑΠΕ στα νησιά. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η απόφαση είχε άλλα κίνητρα, αφού η Κύθνος παραμένει ακόμη χωρίς διασύνδεση.
Το σύνθετο έργο της Κύθνου ήταν τότε το μεγαλύτερο «υβριδικό» αιολικής και ηλιακής ενέργειας με τις πλέον προηγμένες ιδέες και τεχνολογίες, μια επιτυχής εφαρμογή που έπρεπε να έχει συνέχεια στα νησιωτικά συστήματα. Ιδιαίτερη έμφαση πρέπει να δοθεί στην ανάπτυξη και τις δοκιμές του Μετατροπέα Αμφίδρομης Λειτουργίας (bidirectional inverter), ως πρώτη εφαρμογή στον κόσμο με ευρύ μέλλον
Φάνηκε ότι η Ελλάδα μπορεί να προσφέρει νέες ιδέες και να συμβάλλει στην ανάπτυξη της τεχνολογίας συμμετέχοντας με αξιώσεις στο Ευρωπαϊκό και διεθνές γίγνεσθαι για την μεγάλη διείσδυση των ΑΠΕ στον ηλεκτρισμό.
Ακολούθησαν τρία επιδεικτικά έργα με αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα, με την οικονομική υποστήριξη της τότε ΕΟΚ, για την ηλεκτροδότηση για πρώτη φορά των νησιών Γαύδου, Αντικυθήρων και Αρκιών, καθώς και μικρών νησίδων στο Αιγαίο με ελάχιστους κατοίκους έως και έναν κάτοικο έστω και εποχιακό. Ήταν οι μεγάλες προκλήσεις για Φ/Β εφαρμογές.
Προς 100% ΑΠΕ στην Ελλάδα
Με μεγάλη καθυστέρηση το 1994 δίδεται η δυνατότητα ανάπτυξης των ΑΠΕ από τον ιδιωτικό τομέα, καθώς προβάλλει και ο περιορισμός των εκπομπών CO2 στην παγκόσμια κοινότητα (Διάσκεψη του Ρίο, 1992). Προς το τέλος της δεκαετίας γίνεται η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας με σχετική Οδηγία της ΕΕ, ενώ εισέρχεται και το φυσικό αέριο στην ηλεκτροπαραγωγή, όπου η ΔΕΗ ΑΕ γίνεται ο πρώτος μεγάλος πελάτης. Οι επενδύσεις κατευθύνονται πλέον σε μονάδες φυσικού αερίου και στις ΑΠΕ, αλλά με υπερβάλλουσα γραφειοκρατία και κόστος.
Στα μέσα της δεκαετίας 2010 οι ΑΠΕ, κυρίως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια, επέτυχαν κόστος παραγωγής που αντιστοιχεί σε εκείνο του δικτύου (grid parity) με πτωτικές τάσεις. Αυτό επιτάχυνε την διείσδυση των ΑΠΕ και κυρίως μαζί με το φυσικό αέριο εκτόπισαν τον λιγνίτη. Έτσι, το 2021 στο Ελληνικό Διασυνδεδεμένο Σύστημα το φυσικό αέριο κάλυψε το 40% της ζήτησης και οι λιγνίτες το 10%, ενώ η παραγωγή των ΑΠΕ έφθασε το 33% και των μεγάλων υδροηλεκτρικών το 10%, ενώ 7% ήταν εισαγωγές. Θα ήταν επιθυμητή η μεγαλύτερη διείσδυση των ΑΠΕ και μικρότερη συμμετοχή του φυσικού αερίου, γιατί αυτή η εξέλιξη έχει αρνητικές επιπτώσεις στην ασφάλεια ενεργειακού εφοδιασμού, αλλά και μεγάλη οικονομική επιβάρυνση στους καταναλωτές από τις υψηλές τιμές του φυσικού αερίου που ακολούθησαν.
Έτσι, οι προσπάθειες στρέφονται στην μεγάλη διείσδυση των ΑΠΕ στο ηλεκτρικό σύστημα που θα εξασφαλίσουν ενεργειακή αυτάρκεια και ασφάλεια με το χαμηλότερο και σχεδόν σταθερό κόστος παραγωγής σε μακροπρόθεσμη βάση. Επομένως, η ενεργειακή μετάβαση με τις ΑΠΕ, που ευνοείται από το πολύ χαμηλό κόστος παραγωγής, θα πρέπει να γίνει με σταθερά βήματα χωρίς καθυστερήσεις, προσδοκώντας οικονομικά, κοινωνικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Παράλληλα θα χρειασθεί και η επιτυχής προσαρμογή του λειτουργικού πλαισίου της νέας αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στις εξελίξεις που προδιαγράφονται.
Η περαιτέρω διείσδυση των ΑΠΕ με μικρές και μεγάλες μονάδες απαιτεί την ευμενή υποδοχή και σύνδεσή τους στο δίκτυο με αποτελεσματική διαχείριση από τους Διαχειριστές των Δικτύων αξιοποιώντας τις τεχνολογίες που διαθέτουν οι ΑΠΕ. Ιδιαίτερα, χρειάζεται νέα αρχιτεκτονική δικτύων και εισαγωγή της ψηφιακής τεχνολογίας στα δίκτυα διανομής που θα συμβάλλει στην καλύτερη διαχείριση και της ζήτησης, ενώ θα απαιτηθούν νέοι υποσταθμοί, νέες γραμμές και επεκτάσεις, αλλά και χρήση καινοτόμων τεχνολογιών και εργαλείων για την διαχείριση του συστήματος.
Η αξιοποίηση των μεγάλων υδροηλεκτρικών με τους ταμιευτήρες και η αποθήκευση της πλεονάζουσας ενέργειας των ΑΠΕ θα συμβάλλουν στην περαιτέρω διείσδυση των ΑΠΕ. Όσο αυξάνεται η διείσδυση, οι διεθνείς διασυνδέσεις μπορούν να αξιοποιούν επωφελώς σε άλλες αγορές την πλεονάζουσα ενέργεια η οποία αναμένεται, αλλά και ενδεχομένως να καλύψουν όποιο έλλειμα παρουσιάζεται.
Η αποθήκευση με ικανότητα ωρών (4h, 8h ή 12h) στην ονομαστική ισχύ μπορεί να διαχειρίζεται ένα μέρος της διαλείπουσας παραγωγής των ΑΠΕ στη διάρκεια ενός 24ώρου (ή και δύο ή τριών ημερών) αλλά δεν μπορεί να ανταποκριθεί στις εποχιακές μεταβολές του δυναμικού των ΑΠΕ. Έτσι, παρά την αποθήκευση και την διαχείριση της ζήτησης, αλλά και τις διεθνείς διασυνδέσεις, μετά από ένα υψηλό ποσοστό διείσδυσης θα παρουσιάζονται στη διάρκεια του χρόνου ημέρες με έλλειμα παραγωγής ή περίσσεια που θα απορρίπτεται με εντολή του Διαχειριστή. Η προσθήκη νέων ΑΠΕ μπορεί να συνεχισθεί με οικονομικούς όρους καθώς αυτές υποκαθιστούν ακριβότερη ενέργεια συμβατικών πηγών, αυξάνοντας προοδευτικά την διείσδυση αλλά και την περίσσεια ενέργειας που απορρίπτεται.
Στα επόμενα χρόνια η παραγωγή πράσινου υδρογόνου και η αποθήκευσή του θα αξιοποιήσει αυτή την περίσσεια ενέργειας των ΑΠΕ και θα καλύψει τα ελλείματα που παρουσιάζονται στην διάρκεια του χρόνου, οδηγώντας προς 100% ΑΠΕ. Το υδρογόνο μπορεί να αποτελέσει έναν άλλο ενεργειακό φορέα για όλες τις άλλες χρήσεις, εκτοπίζοντας τα ορυκτά καύσιμα, όπου η παραγωγή του θα βασισθεί στις ΑΠΕ με το χαμηλό κόστος.
Αυτός ο μετασχηματισμός του ηλεκτρικού συστήματος με την μεγάλη διείσδυση των ΑΠΕ οδηγεί στην απόσυρση των στρεφόμενων συμβατικών μονάδων με την μεγάλη ροπή αδρανείας, όπου βασίζονται οι στρατηγικές ελέγχου που εξασφαλίζουν την ευστάθεια του συστήματος και προστασία. Την θέση τους παίρνουν τα νέα συστήματα παραγωγής που στηρίζονται στους ηλεκτρονικούς μετατροπείς (IBR) με μηδενική αδράνεια. Εδώ δημιουργείται μια ενδιαφέρουσα περιοχή έρευνας για νέες ιδέες και προηγμένες τεχνολογίες στην επίλυση των προβλημάτων, αξιοποιώντας και τις δυνατότητες που προσφέρουν οι τεχνολογίες πληροφορικής και επικοινωνιών (ICT) με την χρήση 5G και κατάλληλο λογισμικό, τεχνητή νοημοσύνη, ψηφιακό μετασχηματισμό κλπ και με τις κατάλληλες προστασίες έναντι κυβερνοεπιθέσεων. Εν τούτοις πρέπει να σημειωθεί ότι οι μεγάλες μονάδες αποθήκευσης με μπαταρίες λιθίου και ηλεκτρονικό μετατροπέα αμφίδρομης λειτουργίας προσφέρουν εξαιρετικές επικουρικές υπηρεσίες στο σύστημα, ειδικότερα στη ρύθμιση τάσεως και συχνότητας τάχιστα, λόγω έλλειψης αδράνειας, όπως στην Κύθνο πριν τέσσερεις δεκαετίες.
Τα αυτόνομα συστήματα των νησιών που μένουν επί χρόνια καθηλωμένα στο 17% ΑΠΕ με υψηλές επιβαρύνσεις ΥΚΩ, αποτελούν πρώτο στόχο για την ενεργειακή μετάβαση με μεγάλη διείσδυση των ΑΠΕ στο 80% ή και 90% σε ετήσια βάση, καλύπτοντας όλες τις ενεργειακές ανάγκες (θέρμανση, κίνηση, αφαλάτωση κλπ) με πολύ ελκυστικά οικονομικά και περιβαλλοντικά αποτελέσματα υποκαθιστώντας το ακριβό πετρέλαιο. Επομένως, τα νησιωτικά συστήματα μπορούν να αποτελέσουν πεδίο έρευνας και εφαρμογής νέων ιδεών και καινοτόμων τεχνολογιών για τα μελλοντικά ηλεκτρικά συστήματα, αποκτώντας τεχνογνωσία που θα είναι χρήσιμη για το ηπειρωτικό σύστημα. Ακόμη και τα νησιά που διασυνδέονται με το εθνικό σύστημα θα πρέπει να αναπτύξουν τις δικές τους ΑΠΕ με αποθήκευση που θα λειτουργούν με τις αρχές και τεχνικές των μικροδικτύων, εξασφαλίζοντας πιο αξιόπιστη ηλεκτροδότηση.
Ο στόχος του νέου ΕΣΕΚ (Εθνικού Σχεδίου για την Ενέργεια και το Κλίμα) αναμένεται στο 80% ΑΠΕ στην ηλεκτρική ενέργεια το 2030, οπότε θα πρέπει να δραστηριοποιηθεί η επιστημονική κοινότητα για την επίτευξη του φιλόδοξου στόχου. Επιπροσθέτως, υπάρχουν και οι προκλήσεις με τις διεθνείς ηλεκτρικές διασυνδέσεις του ελληνικού συστήματος στον Βορρά και στο Νότο (με Κύπρο 1 GW και Αίγυπτο 3 GW). Έτσι, η χώρα καθίσταται η ενεργειακή πύλη ηλεκτρισμού με ΑΠΕ για τις βαλκανικές χώρες και πέραν τούτων για την πρόσβαση στις αγορές της Κεντρικής Ευρώπης.
Χρειάζονται πολλές και εξειδικευμένες μελέτες, έρευνα και ανάπτυξη, καθώς και διεθνείς συνεργασίες για την αποτελεσματική αντιμετώπιση των προβλημάτων και την υποστήριξη των σχετικών εφαρμογών. Η Ελληνική Επιτροπή της CIGRE, αλλά και το Ελληνικό Τμήμα του ΙΕΕΕ περιλαμβάνουν μεγάλο ανθρώπινο δυναμικό υψηλής στάθμης ικανό για την αποτελεσματική αντιμετώπιση και επίλυση αυτών των προβλημάτων για την επίτευξη του στόχου. Ο μετασχηματισμός του ελληνικού ηλεκτρικού συστήματος μπορεί να γίνει από το εγχώριο έμψυχο τεχνικό και επιστημονικό δυναμικό χωρίς να αναμένονται έτοιμες λύσεις από έξω. Ακόμη μπορούμε να προσβλέπουμε στην εξαγωγή αυτών των λύσεων και της καινοτομίας στο εξωτερικό, προωθώντας την ελληνική καινοτόμο επιχειρηματικότητα.
Η ενεργειακή μετάβαση και το Ταμείο Ανάκαμψης προσφέρουν μια μοναδική ευκαιρία για την αξιοποίηση και ενίσχυση της τεχνολογικής και παραγωγικής βάσης της χώρας προς ένα νέο αναπτυξιακό μοντέλο με καθαρή και προσιτή ενέργεια. Η Πολιτεία οφείλει να υποστηρίξει την έρευνα σε αυτή την περιοχή, που θα συμβάλλει και στην επίτευξη του στόχου. Μια τέτοια οικονομική υποστήριξη θα αποτελέσει την πιο παραγωγική επένδυση δημόσιων πόρων.
(Περιοδικό Πυλώνες)
