Τρίτη, 26 Ιανουαρίου, 2021

Τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρισμού

Είναι εφικτή η χρήση τους στα Νοσοκομεία της Κρήτης;

Οι προσπάθειες για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής απαιτούν αλλαγές στους τρόπους με τους οποίους παράγουμε και καταναλώνουμε την ενέργεια.

Για τη διατήρηση της αειφορίας και της βιωσιμότητας στο πλανήτη είναι σήμερα επιβεβλημένες αφ’ ενός η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας σε όλους τους τομείς αφ’ ετέρου η υποκατάσταση της χρήσης ορυκτών καυσίμων με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Η χρησιμοποίηση εναλλακτικών μη ρυπογόνων ενεργειακών τεχνολογιών από μεγάλους καταναλωτές ενέργειας έχει θετική επίπτωση στην επίτευξη των στόχων μείωσης των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων στην ατμόσφαιρα. Σκοπός του σύντομου κειμένου που ακολουθεί είναι η διερεύνηση της δυνατότητας αξιοποίησης των ήπιων μη ρυπογόνων ενεργειακών τεχνολογιών στα νοσοκομεία της Κρήτης για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Άποψη συστήματος συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού στο νοσοκομείο Presbyterian της Νέας Υόρκης, ΗΠΑ.

1. Η κατανάλωση ενέργειας στα νοσοκομεία
Τα νοσοκομεία λειτουργούν συνεχώς 24 ώρες ημερησίως για όλο το έτος. Συνεπώς η παροχή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτά θα πρέπει να είναι συνεχής. Η ετήσια καταναλισκόμενη ενέργεια στα νοσοκομεία είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με άλλα κτίρια όπως κατοικίες, γραφεία, σχολεία, ξενοδοχεία ή εμπορικά κτίρια. Η ετήσια καταναλισκόμενη ενέργεια σε αυτά παγκοσμίως κυμαίνεται μεταξύ 250 KWh/τ.μ. και 780 KWh/τ.μ. Για τα Ελληνικά νοσοκομεία η ετήσια καταναλισκόμενη ενέργεια έχει εκτιμηθεί σε 407 KWh/τ.μ. ενώ για αυτά της Κρήτης σε 280 KWh/τ.μ.. Οι πιο διαδεδομένες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σήμερα στα νοσοκομεία της χώρας είναι η ηλεκτρική ενέργεια (η οποία αντιστοιχεί περίπου στο 57-72% της ετήσιας ενεργειακής τους κατανάλωσης) και το πετρέλαιο ή το φυσικό αέριο (που αντιστοιχεί σε περίπου σε 28-43% της ετήσιας ενεργειακής τους κατανάλωσης τους). Η χρήση των ΑΠΕ στα νοσοκομεία της Ελλάδας αλλά και της Κρήτης είναι αρκετά περιορισμένη. Συνήθως μεγάλο ποσοστό της καταναλισκόμενης ενέργειας στα νοσοκομεία δαπανάται για τη παραγωγή θερμότητας (θέρμανση χώρων, παραγωγή ζεστού νερού και ατμού). Οι σημερινές νομοθετικές απαιτήσεις για την ενεργειακή αναβάθμιση των (δημόσιων και ιδιωτικών) κτιρίων και το δραστικό περιορισμό της ενεργειακής τους κατανάλωσης απαιτούν τη χρήση ενεργειακών συστημάτων υψηλής απόδοσης και χαμηλών εκπομπών άνθρακα.

Σύστημα αξιοποίησης βιοαερίου για παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας στο νοσοκομείο La Crosse Gundersen, Ουισκόνσιν, ΗΠΑ.

2. Η διεσπαρμένη παραγωγή ηλεκτρισμού
Πριν από περίπου 25 χρόνια στη Κρήτη υπήρχαν ελάχιστες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (Η.Ε.) που περιελάμβαναν κυρίως τα δύο μεγάλα εργοστάσια της ΔΕΗ στα Χανιά και το Ηράκλειο, δηλαδή η παραγωγή ήταν εστιασμένη σε δύο μεγάλα εργοστάσια. Αργότερα η εξέλιξη της τεχνολογίας έκανε τεχνολογικά εφικτή και οικονομικά ελκυστική τη παραγωγή Η.Ε. από ΑΠΕ σε εγκαταστάσεις μικρότερης δυναμικότητας σε σχέση με τις συμβατικές. Σταδιακά επετράπη και σε ιδιώτες να παράγουν Η.Ε. (μετά από κατάλληλη αδειοδότηση από το κράτος) θεωρώντας ότι ο ανταγωνισμός με τον τότε μοναδικό παραγωγό Η.Ε. στη χώρα – τη ΔΕΗ – θα ωφελούσε τους καταναλωτές. Έτσι δημιουργήθηκαν σταδιακά πολλές (κυρίως) ιδιωτικές αποκεντρωμένες και διεσπαρμένες μονάδες παραγωγής Η.Ε. από ΑΠΕ (ή από συμβατικά καύσιμα με τεχνολογίες υψηλής απόδοσης) όπως εξ άλλου συνέβαινε και σε πολλές άλλες χώρες. Η αποκεντρωμένη παραγωγή Η.Ε. σε πολλές εγκαταστάσεις (σε αντιδιαστολή της συγκεντρωποιημένης παραγωγής της σε λίγες μεγάλες μονάδες) ονομάζεται διεσπαρμένη παραγωγή (distributed generation) και έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως μεταξύ άλλων:

1. Βελτιώνει την ευστάθεια του ηλεκτρικού δικτύου,
2. Μειώνει τις ενεργειακές απώλειες στο δίκτυο μεταφοράς καθώς πολλές μικρές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής βρίσκονται πλησίον των καταναλωτών και η Η.Ε. δεν μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις,
3. Αξιοποιεί τοπικούς ανανεώσιμους ενεργειακούς πόρους μειώνοντας τη χρήση εισαγόμενων ορυκτών καυσίμων,
4. Μειώνει τις εκπομπές ανθρακούχων αερίων στην ατμόσφαιρα λόγω της χρήσης ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή. Συνεπώς συμβάλλει στην επίτευξη των στόχων της χώρας για τη μείωση των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων και την αντιμετώπιση/μετριασμό της κλιματικής αλλαγής,
5. Προάγει τις ενεργειακές επενδύσεις σε αειφορικές τεχνολογίες,
6. Συμβάλλει στη συμμετοχή των ιδιωτών στη δημιουργία νέων αναγκαίων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής σε μία περίοδο που το κράτος δεν έχει τους απαιτούμενους οικονομικούς πόρους να τις προωθήσει,
7. Συμβάλλει στην αύξηση της ενεργειακής επάρκειας (χρήση τοπικών αντί για εισαγόμενων καυσίμων) και της ενεργειακής ασφάλειας (μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα), και
8. Προάγει την “ενεργειακή δημοκρατία και ανεξαρτησία” δίδοντας το δικαίωμα στο κάθε πολίτη να παράγει την H.E. που καταναλώνει και να μην εξαρτάται από μεγάλους παραγωγούς Η.Ε.

Φωτοβολταϊκό σύστημα εγκατεστημένο στη στέγη νοσοκομείου

3. Η δυνατότητα χρήσης τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρισμού στα νοσοκομεία της Κρήτης
Οι τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρισμού οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε νοσοκομεία της Κρήτης περιλαμβάνουν:

Α) Τις τεχνολογίες συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού με τη χρήση μικροστροβίλων, αεριοστροβίλων και μηχανών εσωτερικής καύσης,
Β) Τις κυψέλες καυσίμου,
Γ) Τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήματα,
Δ) Τις μικρές ανεμογεννήτριες (Α/Γ) , και
Ε) Τα συστήματα καύσης του βιοαερίου

Για τη παραγωγή Η.Ε. με τις τεχνολογίες αυτές χρησιμοποιούνται σαν καύσιμα είτε ΑΠΕ ή καύσιμα χαμηλών εκπομπών άνθρακα όπως το φυσικό αέριο. Ορισμένες από αυτές συμπαράγουν μαζί με την Η.Ε. και θερμότητα η οποία χρειάζεται στα νοσοκομεία. Σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό όλες χρησιμοποιούνται σήμερα σε διάφορα νοσοκομεία διεθνώς. Βέβαια δεν είναι όλες κατάλληλες για τα νοσοκομεία της Κρήτης καθώς σήμερα ορισμένα καύσιμα όπως το φυσικό αέριο και το βιοαέριο δεν είναι διαθέσιμα στη Κρήτη. Ιδιαίτερα για τη λειτουργία των συστημάτων συμπαραγωγής που είναι πολύ ελκυστικά για χρήση στα νοσοκομεία θα πρέπει να διερευνηθεί η χρήση στη Κρήτη του υγραερίου σαν καυσίμου (αντί του φυσικού αερίου που πιθανώς θα είναι διαθέσιμο αργότερα).

Το Ιατρικό κέντρο Jacobi στη Νέα Υόρκη, ΗΠΑ έχει εγκαταστήσει στους υπαίθριους χώρους του εξωτερικό φωτισμό ο οποίος τροφοδοτείται από υβριδικό σύστημα που αποτελείται από φωτοβολταϊκά πανέλα και μικρές ανεμογεννήτριες.

4. Η χρήση τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρισμού σε νοσοκομεία διεθνώς
Σε νοσοκομεία πολλών χωρών υπάρχουν δεκάδες εφαρμογές διαφόρων τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής Η.Ε. ορισμένες εκ των οποίων ενδεικτικά είναι:

4.1 Χρήση συστημάτων συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού σε νοσοκομεία
Περισσότερα από 200 νοσοκομεία παγκοσμίως σήμερα χρησιμοποιούν συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού στις εγκαταστάσεις τους. Ενδεικτικά το νοσοκομείο Presbyterian της Νέας Υόρκης, ΗΠΑ έχει εγκαταστήσει ένα τέτοιο σύστημα με ισχύ 7.5 MW. Το ιατρικό κέντρο Dell για παιδιά στο κεντρικό Τέξας, ΗΠΑ έχει εγκαταστήσει σύστημα συμπαραγωγής στις εγκαταστάσεις του ισχύος 4.3 MW.

4.2 Χρήση κυψελών καυσίμου σε νοσοκομεία
Η χρήση κυψελών καυσίμου σε νοσοκομεία αυξάνεται συνεχώς. Αρκετά νοσοκομεία των ΗΠΑ έχουν εγκαταστήσει κυψέλες καυσίμου με ισχύ που κυμαίνεται από 400 KW έως 5 MW. Αυτές συμπαράγουν θερμική και ηλεκτρική ενέργεια καλύπτοντας μέρος ή το σύνολο των ενεργειακών αναγκών τους. Ενδεικτικά το νοσοκομείο Stamford στο Κονέκτικατ, ΗΠΑ έχει εγκαταστήσει κυψέλη καυσίμου ισχύος 4.8 MW ενώ το νοσοκομείο St. Francis στη Καλιφόρνια, ΗΠΑ έχει εγκαταστήσει κυψέλη καυσίμου ισχύος 400 KW.

4.3 Χρήση φωτοβολταικών συστημάτων σε νοσοκομεία
Η χρήση Φ/Β συστημάτων σε περιοχές με ικανοποιητική ηλιοφάνεια ενδείκνυται και μπορεί να καλύψει μεγάλο μέρος των αναγκών σε Η.Ε. των νοσοκομείων. Το νοσοκομείο San Carlo στη Ποτένζα, πρωτεύουσα της περιφέρειας Βασιλικάτα της νότιας Ιταλίας, έχει εγκαταστήσει για τη κάλυψη των αναγκών του Φ/Β πανέλα σε έκταση 5.000 τ.μ. τα οποία το 2015 παρήγαγαν 948.000 KWh Η.Ε.

4.4 Χρήση ανεμογεννητριών σε νοσοκομεία
Η χρήση της αιολικής ενέργειας σε νοσοκομεία ενδείκνυται εφόσον η μέση ετήσια ταχύτητα του ανέμου στη περιοχή του νοσοκομείου είναι ικανοποιητική για την επιτυχή λειτουργία μικρών ή μεγάλων ανεμογεννητριών. Οι ανεμογεννήτριες θα πρέπει να εγκαθίστανται σε κάποια απόσταση από τα κτίρια για λόγους ασφάλειας και αποφυγής θορύβου. Ενδεικτικά το Ιατρικό κέντρο Jacobi της Νέας Υόρκης έχει εγκαταστήσει υβριδικά συστήματα Φ/Β και Α/Γ για το φωτισμό των εξωτερικών του χώρων.

4.5 Χρήση βιομάζας σε νοσοκομεία
Η χρήση βιομάζας έχει μέχρι σήμερα περιορισμένες εφαρμογές για παραγωγή Η.Ε. σε νοσοκομεία. Αν και η στερεά βιομάζα χρησιμοποιείται σήμερα σε μερικά νοσοκομεία για τη παραγωγή θερμότητας, η χρήση της για παραγωγή Η.Ε. προϋποθέτει πρώτα την αεριοποίηση της γεγονός που αυξάνει τη τεχνολογική πολυπλοκότητα του ενεργειακού συστήματος. Αντίθετα ευκολότερη είναι η χρήση του βιοαερίου για παραγωγή Η.Ε. Στο νοσοκομείο Gundersen, La Crosse, Ουϊσκόνσιν, ΗΠΑ έχει εγκατασταθεί ένα σύστημα καύσης του βιοαερίου για παραγωγή θερμικής και Η.Ε.. Το χρησιμοποιούμενο βιοαέριο παράγεται από τη χώνευση/ζύμωση των αποβλήτων ενός παρακείμενου εργοστασίου ζυθοποιίας. Η παραγόμενη από την αέρια βιομάζα Η.Ε. καλύπτει περίπου το 10% των ετήσιων αναγκών του νοσοκομείου.

Πίνακας 1. Συστήματα διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρισμού τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε νοσοκομεία

Πίνακας 2. Τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρισμού οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε νοσοκομεία της Κρήτης

Πίνακας 3. Χαρακτηριστικά των προαναφερθέντων τεχνολογιών

5. Συμπεράσματα
1. Τα κτίρια των νοσοκομείων δαπανούν μεγάλα ποσά ενέργειας συγκρινόμενα με άλλα κτίρια,
2. Η νομοθεσία σήμερα απαιτεί την ενεργειακή τους αναβάθμιση και τη μετατροπή τους σε κτίρια σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης,
3. Για να το επιτύχουν αυτό τα νοσοκομεία θα πρέπει να χρησιμοποιούν ενεργειακά συστήματα υψηλής ενεργειακής απόδοσης και χαμηλών εκπομπών άνθρακα,
4. Η διεσπαρμένη παραγωγή Η.Ε. έχει πολλά οφέλη συγκρινόμενη με τη συγκεντρωποιημένη παραγωγή της και νέες εφαρμογές της αναπτύσσονται ταχύτατα σε διάφορους τομείς μεταξύ των οποίων και σε νοσοκομεία,
5. Οι πιο διαδεδομένες τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής Η.Ε. ορισμένες από τις οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε νοσοκομεία της Κρήτης περιλαμβάνουν τα διάφορα συστήματα συμπαραγωγής, τις κυψέλες καυσίμου, τα Φ/Β συστήματα, τις Α/Γ και τη καύση του βιοαερίου`, και
6. Μεταξύ αυτών σήμερα ενδείκνυται η εφαρμογή, σε νοσοκομεία της Κρήτης, των Φ/Β συστημάτων καθώς και των συστημάτων συμπαραγωγής (υπό προϋποθέσεις).

Περισσότερα στοιχεία για τη χρήση διεσπαρμένων συστημάτων παραγωγής Η.Ε. σε νοσοκομεία είναι διαθέσιμα στο επιστημονικό άρθρο του γράφοντος με τίτλο “Applications of distributed generation systems in hospitals” το οποίο δημοσιεύεται στο διεθνές Αγγλόφωνο επιστημονικό περιοδικό “European Journal of Applied Sciences”.

Αφήστε ένα σχόλιο

Please enter your comment!
Please enter your name here

Ειδήσεις

Σχόλια

Συνεργασίες

Διαδρομές

Podcasts

Επιστολές

Στο αρχείο

Χρήσιμα

Μόνιμες στήλες