Η διαχρονική μεταβολή ηλεκτροπαραγωγής στον πλανήτη μας (1980-2020)

Διαχρονική Μεταβολή Ηλεκτροπαραγωγής στον Πλανήτη μας (1980-2020). Αποτελεί η Ηλεκτρική Ενέργεια το δρόμο για μια πράσινη ενεργειακή λύση; 

1. Εγκατεστημένη Ηλεκτρική Ισχύς σε Πλανητικό Επίπεδο

Η ηλεκτρική ενέργεια θεωρείται ως η πιο εύχρηστη ενεργειακή μορφή που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος στη σύγχρονη εποχή. Αποτελεί άλλωστε ένα κοινωνικό κεκτημένο τουλάχιστον στις βιομηχανικές χώρες του πλανήτη μας, δεδομένου ότι υποστηρίζει το σύνολο των καθημερινών ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Σήμερα, η ηλεκτρική ισχύς των εγκατεστημένων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής στον πλανήτη μας ξεπερνάει τα 7100GWe, ενώ η αντίστοιχη ετήσια ηλεκτροπαραγωγή υπερβαίνει τις 27.000TWhe, οδηγώντας σε μια μέση ετήσια κατά κεφαλήν κατανάλωση που κυμαίνεται στα επίπεδα των 3500kWhe/έτος/cap.

Σχήμα 1: Διαχρονική Μεταβολή της Εγκατεστημένης Πλανητικής Ηλεκτρικής Ισχύος

Από τα διαθέσιμα στοιχεία, τα τελευταία σαράντα χρόνια παρατηρείται υπερτριπλασιασμός της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος, από 2000GWe το 1980 (Σχήμα 1), σε περίπου 7200GWe σήμερα, με κύριους άξονες αύξησης την Κίνα αλλά και τις υπόλοιπες αναπτυσσόμενες χώρες της Ασίας (ιδιαίτερα την τελευταία εικοσαετία) καθώς και τις ΗΠΑ. Πράγματι, στα τέλη του 2020 η εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύς στις χώρες της βόρειας Αμερικής (ΗΠΑ-Καναδάς) ξεπέρασε τα 1300GWe (Σχήμα 2), με την πλειοψηφία της οποίας ναι μεν να βασίζεται σε θερμικούς σταθμούς, εντούτοις τη συμμετοχή των ΑΠΕ να ξεπερνάει τα 400GWe, τιμή υπερτριπλάσια των 120GWe που καταγράφηκαν στα τέλη της προηγούμενης δεκαετίας. Ειδικότερα τα αιολικά πάρκα συμμετέχουν με περίπου 140GWe (το 2010 η αντίστοιχη τιμή ήταν μόλις 40GWe) υπερβαίνοντας από μόνα τους την εγκατεστημένη ισχύ των υφιστάμενων εν λειτουργία πυρηνικών σταθμών.

Σχήμα 2: Διανομή της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος ανά περιοχή και καύσιμο, 2018

Αντίστοιχα στην Ευρώπη, η συνολικά εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύς ξεπέρασε τα 1200 GWe έναντι των 900 GWe που καταγράφηκε το 2010, ενώ σημαντική εξέλιξη αποτελεί το γεγονός ότι περισσότερο από το 50% των εν λειτουργία εργοστασίων ηλεκτροπαραγωγής προέρχεται από σταθμούς αξιοποίησης ΑΠΕ. Η μεγαλύτερη όμως με διαφορά αύξηση καταγράφεται στην ασιατική ήπειρο, δεδομένου ότι η εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύς (κυρίως της Κίνας, αλλά και της Ιαπωνίας, της Ινδίας και του Ιράν) αντιπροσωπεύει σχεδόν το 50% του συνόλου του πλανήτη μας, καθώς πλησιάζει τα 3300 GWe. Αν και η πλειοψηφία των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στην Ασία είναι θερμικοί σταθμοί (περίπου 2000 GWe), είναι σημαντικό ότι οι ανανεώσιμης προέλευσης σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής στη συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή υπερβαίνουν τα 1100 GWe.

Στην αντίπερα όχθη μπορεί κανείς να κατατάξει τις περιοχές της Κεντρικής και Νότιας Αμερικής και κυρίως την Αφρική, όπου τα εν λειτουργία εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής είναι περιορισμένα αναλογικά με τον πληθυσμό των συγκεκριμένων περιοχών. Ως μόνο θετικό θα μπορούσε επίσης κανείς να χαρακτηρίσει το γεγονός ότι οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής ανανεώσιμης προέλευσης αποτελούν την πλειοψηφία των σταθμών στις περιοχές της Κεντρικής και Νότιας Αμερικής.

Σχήμα 3: Κατανομή πλανητικής ηλεκτρικής ισχύος ανά ενεργειακή πηγή (2008 & 2019)

Συνοψίζοντας, σε πλανητικό επίπεδο το 58% της εγκατεστημένης (2019) πλανητικής ηλεκτρικής ισχύος αντιπροσωπεύει θερμικές μονάδες (άνθρακα, φυσικού αερίου και πετρελαίου), το 18% αντιστοιχεί σε υδροηλεκτρικά έργα, οι υπόλοιπες ΑΠΕ (κυρίως αιολικά και φωτοβολταϊκά) αντιπροσωπεύουν το 19% της εγκατεστημένης πλανητικής ισχύος, ενώ τα πυρηνικά εργοστάσια έχουν συρρικνωθεί στο ποσοστό του 5%, Σχήμα 3.

2. Ιστορική Εξέλιξη Ηλεκτρικής Παραγωγής

Η αντίστοιχη συμμετοχή των επιμέρους ενεργειακών πηγών στην ετήσια ηλεκτροπαραγωγή την τελευταία τριακονταπενταετία (1985-2020) παρουσιάζεται στο Σχήμα 4. Ανάμεσα στα ενδιαφέροντα συμπεράσματα που προκύπτουν από την ανάλυση των επίσημων στοιχείων είναι η αύξηση κατά περισσότερο από 150% της ηλεκτρικής παραγωγής σε διάστημα 35 ετών, η οποία πλησιάζει πλέον τις 30000 TWhe. Αναλύοντας περαιτέρω την προναφερθείσα τιμή μπορεί κανείς να παρατηρήσει την κυρίαρχη συμμετοχή των θερμικών σταθμών σε ποσοστό περίπου 60% στην κάλυψη της ηλεκτρικής ζήτησης, τη σταθερή συμμετοχή των πυρηνικών σταθμών καθώς και των υδροηλεκτρικών στο πλανητικό ισοζύγιο ηλεκτροπαραγωγής αλλά και τη διαρκώς αυξανόμενη συμβολή των λοιπών ΑΠΕ, η οποία μέχρι το 2000 ήταν ιδιαίτερα περιορισμένη. Αξίζει να σημειωθεί επίσης αφενός η σταδιακά μειούμενη συμμετοχή του πετρελαίου και αφετέρου η διαρκώς ενισχυόμενη συμμετοχή του φυσικού αερίου στην πλανητική ηλεκτροπαραγωγή, ενώ παρά τις συνεχείς εκκλήσεις των ειδικών για ανακοπή της επερχόμενης κλιματικής αλλαγής, ο άνθρακας εξακολουθεί να αποτελεί το κυρίαρχο καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, συνοδευόμενος από σημαντικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (περίπου 1kg CO2/kWhe).

Σχήμα 4: Διαχρονική Μεταβολή της Πλανητικής Κατανάλωσης Ηλεκτρικής Ενέργειας

Προσπαθώντας να εξηγήσουμε τη διαφορετική εικόνα που παρουσιάζουν τα Σχήματα 3 και 4 όσον αφορά τα ποσοστά της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος και της συμμετοχής στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας των διαφορετικών ενεργειακών πηγών είναι σημαντικό να τονισθεί ο διαφορετικός βαθμός χρήσης των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, όπως αυτός εκφράζεται μέσω του συντελεστή αξιοποίησης (Capacity Factor "CF") των εν λειτουργία μονάδων. Πράγματι, η αποδιδόμενη ηλεκτρική ενέργεια "Ε" σε χρονικό διάστημα "Δt" από οποιονδήποτε σταθμό ηλεκτροπαραγωγής εκφράζεται με τη βοήθεια της εξίσωσης (1):

όπου "Po" είναι η ονομαστική ισχύς του σταθμού. Σε ετήσια βάση, οπότε Δt=8760h/year, προκύπτει η ετήσια ηλεκτροπαραγωγή "Ey", εφόσον χρησιμοποιηθεί και η αντίστοιχη τιμή του "CFy". Στο πλαίσιο αυτό αξίζει να αναφερθεί ότι η τιμή του συντελεστή αξιοποίησης διαφοροποιείται σημαντικά ανάμεσα στις επιμέρους ενεργειακές τεχνολογίες, καθώς τιμές του CF στα επίπεδα του 70%-90% καταγράφονται για τους μεγάλους σταθμούς άνθρακα και τα πυρηνικά εργοστάσια, ενώ αντίστοιχα οι τιμές του CF κυμαίνονται μεταξύ 15%-20% για φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις και 25%-35% για χερσαία και 30%-50% για υπεράκτια αιολικά πάρκα. Συνεπώς, π.χ. για την ίδια ετήσια παραγωγή ενός σταθμού άνθρακα απαιτείται η εγκατάσταση υπερτριπλάσιας (μέγιστης) ισχύος φωτοβολταϊκών πλαισίων.

 Σχήμα 5: Πρόβλεψη μεταβολής της πλανητικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ανά ενεργειακή πηγή για το χρονικό διάστημα 2018-2050

3. Μελλοντικές Τάσεις στην Ηλεκτρική Παραγωγή

Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να σημειωθεί ότι, παρόλο που αυτή τη στιγμή η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται κυρίως από θερμικούς σταθμούς, οι ΑΠΕ αναμένεται να συνεχίσουν να είναι οι ταχύτερα αναπτυσσόμενες ενεργειακές μορφές σε ολόκληρο τον πλανήτη τα επόμενα χρόνια, υπερκαλύπτοντας το 2030 τις μονάδες που βασίζονται στην καύση του άνθρακα, Σχήμα 5. Πιο συγκεκριμένα, η πλανητική ηλεκτροπαραγωγή το 2050 εκτιμάται ότι θα διπλασιασθεί προσεγγίζοντας τις 45000 TWhe εκ των οποίων τουλάχιστον το 50% θα προέρχεται από ΑΠΕ. Σταθερή σε απόλυτα μεγέθη αλλά περιορισμένη σε ποσοστό αναμένεται η συμβολή της πυρηνικής ενέργειας, ενώ το φυσικό αέριο σύντομα θα συναγωνίζεται τα στερεά καύσιμα σε ποσοστό κάλυψης της πλανητικής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.

Τέλος, ενδιαφέρον παρουσιάζει η διαχρονική εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος όλων των τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας στην Ε.Ε. από το 1990 έως το 2018. Όπως προκύπτει από το Σχήμα 6, τα τελευταία δέκα χρόνια, η αιολική ενέργεια και τα φωτοβολταϊκά αποτελούν τις ταχύτερα αξιοποιούμενες τεχνολογίες ηλεκτροπαραγωγής, σε αντίθεση με ό,τι ίσχυε την περίοδο 1990-2010. Επιπλέον, την τελευταία δεκαετία καταγράφεται σημαντική απόσυρση ανθρακικών αλλά και πυρηνικών μονάδων.

Σχήμα 6: Ετήσια μεταβολή εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος ανά ενεργειακή πηγή στην Ευρωπαϊκή Ένωση (1991-2018)

Ολοκληρώνοντας το Τρίτο Μέρος της ετήσιας Ενεργειακής Ανάλυσης του Πλανήτη μας, είναι σαφής η σημαντική στροφή του τομέα της ηλεκτροπαραγωγής προς την αξιοποίηση των ΑΠΕ, κυρίως λόγω των προσπαθειών περιορισμού των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Στον τομέα αυτό πρωτοστατεί η Ευρωπαϊκή Ένωση, η οποία έχει θέσει ως στόχο την πλήρη απανθρακοποίηση της ηλεκτροπαραγωγής το 2050. Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο αποτελεί και η περιορισμένη πρόσβαση σε ηλεκτρική ενέργεια των κατοίκων της Αφρικής καθώς και της Κεντρικής και Νότιας Αμερικής. Σε κάθε περίπτωση βέβαια τα τελευταία χρόνια καταγράφεται έντονη αύξηση των εγκατεστημένων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής κυρίως στην Κίνα αλλά και στις υπόλοιπες ισχυρές οικονομικά χώρες, ενώ η αύξηση στην πλανητική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ξεπερνά το 150% τα τελευταία τριάντα χρόνια.

Απόσπασμα από τα Συμπεράσματα (Τρίτο Μέρος) της Ετήσιας Έκθεσης Εργαστηρίου Ήπιων Μορφών Ενέργειας & Προστασίας Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής.

Τρίτο Μέρος Ετήσιας Έκθεσης Εργαστηρίου Ήπιων Μορφών Ενέργειας & Προστασίας Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής

Ιωάννης K. Καλδέλλης, Δέσποινα Μπουλογιώργου, Παναγιώτης Τριανταφύλλου

Εργαστήριο Ήπιων Μορφών Ενέργειας και Προστασίας Περιβάλλοντος,

Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής

e-mail: [email protected]