Η παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας είναι μια σταθερά της ανθρώπινης ιστορίας. Άσχετα με το μέγεθος, τον τρόπο οργάνωσης και τη δομή μιας κοινωνίας, αυτή δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς ένα σύστημα διάθεσης ενέργειας, όπως τα κύτταρα ενός οργανισμού δεν μπορούν να ζήσουν χωρίς την ενέργεια που μεταφέρεται με το αίμα. Οι λύσεις που έχουν δοθεί στο πρόβλημα δια μέσου της ιστορίας και ανά τον κόσμο ποικίλουν εξαιρετικά, πάντα σε εξάρτηση από τη μορφή της ενέργειας που χρησιμοποιεί η εκάστοτε κοινωνία. Ταυτόχρονα όμως, αυτές οι λύσεις καθορίζουν, σε πολύ μεγάλο βαθμό, και τον τρόπο της οργάνωσής της.
Για παράδειγμα μια δουλοκτητική κοινωνία (πχ η αποικιοκρατική Βραζιλία) απαιτεί μια φτηνή πηγή δούλων και ένα τρόπο μεταφοράς τους εκεί που χρειάζονται. Μια βιομηχανική κοινωνία του 19ου αιώνα απαιτεί μεγάλες ποσότητες άνθρακα για να λειτουργήσει τα εργοστάσια. Μια σύγχρονη κοινωνία χρησιμοποιεί κυρίως πετρέλαιο και (σε κάποιες περιπτώσεις) πυρηνικά εργοστάσια για την παραγωγή της ενέργειας. Για το σκοπό αυτό, η κάθε κοινωνία χρησιμοποιεί ένα ολόκληρο δίκτυο για να προμηθευτεί την ενέργεια που χρησιμοποιεί. Η δουλοκτητική κοινωνία συντηρεί το δίκτυο των δουλεμπόρων (δίκτυο μεταφοράς) για να μεταφέρει σκλάβους από την Αφρική (πηγή της ενέργειας του συστήματος) στα χωράφια των γαιοκτημόνων στη Βραζιλία (καταναλωτής). Το ίδιο συμβαίνει και με όλες τις άλλες ιστορικές κοινωνίες.
Πιο συγκεκριμένα, σε όλες τις βιομηχανικές (και μετα-βιομηχανικές) κοινωνίες το σύστημα αυτό αποτελείται από δύο αυστηρά διαχωρισμένους πόλους: Τις πηγές ενέργειας και τους καταναλωτές. Αλλού βρίσκονται τα κοιτάσματα πετρελαίου, αλλού τα αυτοκίνητα που το καταναλώνουν. Το χάσμα καλείται να το γεφυρώσει μια οργάνωση, η οποία είναι ή καπιταλιστική ή κρατική. Σε κάθε περίπτωση όμως ιεραρχική.
Και οι δύο τύποι οργάνωσης έχουν τα ειδικά τους μειονεκτήματα. Η κρατική οργάνωση είναι φανερά ιεραρχική και γραφειοκρατική, ελέγχεται από (αρκετές φορές ιδιοτελείς) πολιτικούς και είναι συνυφασμένη με μεγάλες απώλειες ενέργειας κατά τη μεταφορά. Επίσης, πολλές φορές για να μειώσει τα κόστη η δημόσια οργάνωση μπορεί να προτιμήσει επενδύσεις παλιάς τεχνολογίας και χαμηλού κόστους (πχ γαιάνθρακα) ή να χρησιμοποιεί καύσιμες πρώτες ύλες, όπως ο λιγνίτης ή η τύρφη για την Ελλάδα, που ναι μεν είναι φτηνές (έως δωρεάν) αλλά είναι απολύτως καταστροφικές προς το περιβάλλον, όπως επιχειρείται δυστυχώς και σήμερα με την οικονομικά αλλά και πολιτικά ασύμφορη νέα επένδυση Πτολεμαίδα V [1].
Από την άλλη, η καπιταλιστική λύση είναι επίσης προβληματική, αφού το πρόταγμα του κέρδους ωθεί τις εταιρίες σε πρακτικές καταστροφικές προς το περιβάλλον και την ποιότητα ζωής των ανθρώπων (βλ. πόλεμος στο Ιράκ για το πετρέλαιο, ναυάγιο Εxxon κ.α.). Επίσης, οι ιδιωτικές εταιρίες μεταφοράς ενέργειας πουθενά δεν μπόρεσαν να επιβιώσουν. Παράδειγμα η Καλιφόρνια, όπου η χρεοκοπία των πέντε εταιριών μεταφοράς ενέργειας είχε ως αποτέλεσμα τα συνεχή της μπλακ άουτ [2].
Εξίσου σημαντική παράμετρος με την παραγωγή της ενέργειας είναι και το μοντέλο διανομής της. Η ιεραρχική δόμηση των σημερινών δικτύων μεταφοράς ενέργειας ή των πρώτων υλών για την παραγωγή ενέργειας όπως οι υδρογονάνθρακες, παραδίδει μόνο το 3% της αρχικής χημικής ενέργειας στην κατανάλωση, αν υπολογιστούν και οι απώλειες των δικτύων μεταφοράς αλλά και οι χαμηλοί συντελεστές μετατροπής θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική [3]! Όλο το υπόλοιπο χάνεται ή καταναλώνεται στα διάφορα στάδια μεταποίησης και μεταφοράς της.
Πρέπει λοιπόν να αναρωτηθούμε: Δεν υπάρχει εναλλακτική οδός;
Σήμερα προτάσσεται όλο και πιο επιτακτική η ανάγκη αντικατάστασης των υπαρχουσών πηγών παραγωγής ενέργειας με Ανανεώσιμες Πηγές, όπως η ενέργεια του ήλιου, του αέρα, η γεωθερμική. Αυτές όμως οι πηγές, εκτός από φιλικές προς το περιβάλλον, είναι και (σχεδόν) πανταχού παρούσες. Αν κάπου λείπει η μία θα υπάρχει η άλλη. Για πρώτη φορά λοιπόν οι καταναλωτές δεν χρειάζονται ένα ιεραρχικό δίκτυο για τους μεταφέρει την ενέργεια από κάποιες μακρινές συγκεντρωμένες πηγές στο σπίτι τους. Οι ΑΠΕ λοιπόν καθιστούν το ερώτημα “ΔΕΗ ή Ιδιώτες” ψευτοδίλημμα: Οι καταναλωτές ενέργειας (όλοι εμείς) μπορούν να παράγουν μόνοι τους την ενέργεια που χρησιμοποιούν, να πουλούν τυχόν πλεόνασμα σε γειτονικούς καταναλωτές και να αγοράζουν ενέργεια από άλλους, οριζόντια.
Μέχρι πρότινος αυτό το μοντέλο δεν ήταν δυνατό για πρακτικούς λόγους: Η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να καταναλώνεται τη στιγμή που παράγεται, αλλιώς χάνεται. Το πρόβλημα με τις ΑΠΕ είναι ότι προσφέρουν ενέργεια όταν μπορούν, όχι όταν αυτή χρειάζεται. Στα συμβατικά δίκτυα αντίθετα η ενέργεια είναι αποθηκευμένη σε διάφορες μορφές (ως χημική ενέργεια υδρογονανθράκων, δυναμική ενέργεια του νερού ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου κ.α.) και μετατρέπεται σε ηλεκτρική όταν υπάρχει ζήτηση. Καταρχήν δε μπορεί να γίνει το ίδιο με τις ΑΠΕ. Έτσι το οριζόντιο αυτό δίκτυο θα είχε σοβαρά προβλήματα υπερ- ή υπό- προσφοράς, μιας και η χρήση μπαταριών είναι άκρως προβληματική τόσο οικονομικά όσο και περιβαλοντικά.
Αυτή η κατάσταση όμως τα τελευταία χρόνια έχει αλλάξει, χάρις την εξέλιξη της νανοτεχνολογίας. Πλέον μπορούμε να αποθηκεύσουμε την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια και να τη χρησιμοποιήσουμε όποτε θέλουμε, χρησιμοποιώντας ως «όχημα» το υδρογόνο. Δηλαδή, μπορούμε με το ρεύμα που παράγει π.χ. μια ανεμογεννήτρια να διασπάσουμε νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο, να κρατήσουμε, με τη βοήθεια των λεγόμενων νανοσωλήνων άνθρακα, το υδρογόνο σε ασφαλή δοχεία και όποτε θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια που αποθηκεύσαμε, να ξαναενώνουμε το υδρογόνο με το οξυγόνο, με μοναδικό «καυσαέριο» ακίνδυνους υδρατμούς.
Αυτή η μέθοδος είναι φυσικά η επιτομή της οικολογικής λογικής. Αλλά πέρα από αυτό, για να είναι ένα δίκτυο αποδοτικό και ασφαλές, επιβάλλεται η ύπαρξη ενός οριζοντίου συστήματος (πλέγμα ή τεχνικά i-grid) διαχείρισης της παραγόμενης με αυτό τον τρόπο ηλεκτρικής ενέργειας. Με αυτό και χωρίς μεσάζοντες, χωρίς απώλειες κατά τη μεταφορά, χωρίς ιεραρχίες και με τους πολίτες να ωφελούνται άμεσα από τον πλούτο της χώρας τους, δημιουργείται μια δομή που θυμίζει έντονα το Ίντερνετ: Ένα Διαδίκτυο Ενέργειας Υδρογόνου (ΔΕΥ).
Ας δούμε λοιπόν πιο συγκεκριμένα πως θα έμοιαζε ένα τέτοιο δίκτυο: Κάθε πολυκατοικία, κάθε εργοστάσιο και κάθε δημόσιο κτίριο θα είχε στην ταράτσα του μια μικρή μονάδα παραγωγής ενέργειας (ηλιακή ή αιολική) και ένα απλό μηχάνημα που θα μετατρέπει την ενέργεια αυτή σε υδρογόνο, μέσω της ηλεκτρόλυσης μιας ποσότητας νερού. Αυτό το υδρογόνο θα αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση του οικήματος ή θα πωλείται αυτόματα στο διαδίκτυο που θα συνδέει όλους τους παραγωγούς-καταναλωτές, για να αγοραστεί από κάποιον άλλον γειτονικό κτίριο με μεγάλες (εκείνη τη στιγμή) ανάγκες. Χωρίς μεσάζοντες. Αν κάποια στιγμή απαιτείται η μεταφορά ενέργειας από μια περιοχή με υψηλά αποθεματικά σε μια περιοχή που προς στιγμήν έχει έλλειψη ενέργειας, αυτή μπορεί να γίνει μέσω του συμβατικού δημόσιου δικτύου.
Συνοψίζοντας, τα οφέλη από ένα τέτοιο δίκτυο θα ήταν σαρωτικά:
Άρης Χατζηχρήστος, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός ΗΥ ΕΜΠ, Διδακτορικός Φοιτητής Φυσικής,UBC, Vancouver, Καναδάς
Παραπομπές:
[1] http://www.econews.gr/2015/05/27/ptolemaida-5-schaueble-122594/
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/California_electricity_crisis
[3] http://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.LOSS.ZS
Πηγή
Για παράδειγμα μια δουλοκτητική κοινωνία (πχ η αποικιοκρατική Βραζιλία) απαιτεί μια φτηνή πηγή δούλων και ένα τρόπο μεταφοράς τους εκεί που χρειάζονται. Μια βιομηχανική κοινωνία του 19ου αιώνα απαιτεί μεγάλες ποσότητες άνθρακα για να λειτουργήσει τα εργοστάσια. Μια σύγχρονη κοινωνία χρησιμοποιεί κυρίως πετρέλαιο και (σε κάποιες περιπτώσεις) πυρηνικά εργοστάσια για την παραγωγή της ενέργειας. Για το σκοπό αυτό, η κάθε κοινωνία χρησιμοποιεί ένα ολόκληρο δίκτυο για να προμηθευτεί την ενέργεια που χρησιμοποιεί. Η δουλοκτητική κοινωνία συντηρεί το δίκτυο των δουλεμπόρων (δίκτυο μεταφοράς) για να μεταφέρει σκλάβους από την Αφρική (πηγή της ενέργειας του συστήματος) στα χωράφια των γαιοκτημόνων στη Βραζιλία (καταναλωτής). Το ίδιο συμβαίνει και με όλες τις άλλες ιστορικές κοινωνίες.
Πιο συγκεκριμένα, σε όλες τις βιομηχανικές (και μετα-βιομηχανικές) κοινωνίες το σύστημα αυτό αποτελείται από δύο αυστηρά διαχωρισμένους πόλους: Τις πηγές ενέργειας και τους καταναλωτές. Αλλού βρίσκονται τα κοιτάσματα πετρελαίου, αλλού τα αυτοκίνητα που το καταναλώνουν. Το χάσμα καλείται να το γεφυρώσει μια οργάνωση, η οποία είναι ή καπιταλιστική ή κρατική. Σε κάθε περίπτωση όμως ιεραρχική.
Και οι δύο τύποι οργάνωσης έχουν τα ειδικά τους μειονεκτήματα. Η κρατική οργάνωση είναι φανερά ιεραρχική και γραφειοκρατική, ελέγχεται από (αρκετές φορές ιδιοτελείς) πολιτικούς και είναι συνυφασμένη με μεγάλες απώλειες ενέργειας κατά τη μεταφορά. Επίσης, πολλές φορές για να μειώσει τα κόστη η δημόσια οργάνωση μπορεί να προτιμήσει επενδύσεις παλιάς τεχνολογίας και χαμηλού κόστους (πχ γαιάνθρακα) ή να χρησιμοποιεί καύσιμες πρώτες ύλες, όπως ο λιγνίτης ή η τύρφη για την Ελλάδα, που ναι μεν είναι φτηνές (έως δωρεάν) αλλά είναι απολύτως καταστροφικές προς το περιβάλλον, όπως επιχειρείται δυστυχώς και σήμερα με την οικονομικά αλλά και πολιτικά ασύμφορη νέα επένδυση Πτολεμαίδα V [1].
Από την άλλη, η καπιταλιστική λύση είναι επίσης προβληματική, αφού το πρόταγμα του κέρδους ωθεί τις εταιρίες σε πρακτικές καταστροφικές προς το περιβάλλον και την ποιότητα ζωής των ανθρώπων (βλ. πόλεμος στο Ιράκ για το πετρέλαιο, ναυάγιο Εxxon κ.α.). Επίσης, οι ιδιωτικές εταιρίες μεταφοράς ενέργειας πουθενά δεν μπόρεσαν να επιβιώσουν. Παράδειγμα η Καλιφόρνια, όπου η χρεοκοπία των πέντε εταιριών μεταφοράς ενέργειας είχε ως αποτέλεσμα τα συνεχή της μπλακ άουτ [2].
Εξίσου σημαντική παράμετρος με την παραγωγή της ενέργειας είναι και το μοντέλο διανομής της. Η ιεραρχική δόμηση των σημερινών δικτύων μεταφοράς ενέργειας ή των πρώτων υλών για την παραγωγή ενέργειας όπως οι υδρογονάνθρακες, παραδίδει μόνο το 3% της αρχικής χημικής ενέργειας στην κατανάλωση, αν υπολογιστούν και οι απώλειες των δικτύων μεταφοράς αλλά και οι χαμηλοί συντελεστές μετατροπής θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική [3]! Όλο το υπόλοιπο χάνεται ή καταναλώνεται στα διάφορα στάδια μεταποίησης και μεταφοράς της.
Πρέπει λοιπόν να αναρωτηθούμε: Δεν υπάρχει εναλλακτική οδός;
Σήμερα προτάσσεται όλο και πιο επιτακτική η ανάγκη αντικατάστασης των υπαρχουσών πηγών παραγωγής ενέργειας με Ανανεώσιμες Πηγές, όπως η ενέργεια του ήλιου, του αέρα, η γεωθερμική. Αυτές όμως οι πηγές, εκτός από φιλικές προς το περιβάλλον, είναι και (σχεδόν) πανταχού παρούσες. Αν κάπου λείπει η μία θα υπάρχει η άλλη. Για πρώτη φορά λοιπόν οι καταναλωτές δεν χρειάζονται ένα ιεραρχικό δίκτυο για τους μεταφέρει την ενέργεια από κάποιες μακρινές συγκεντρωμένες πηγές στο σπίτι τους. Οι ΑΠΕ λοιπόν καθιστούν το ερώτημα “ΔΕΗ ή Ιδιώτες” ψευτοδίλημμα: Οι καταναλωτές ενέργειας (όλοι εμείς) μπορούν να παράγουν μόνοι τους την ενέργεια που χρησιμοποιούν, να πουλούν τυχόν πλεόνασμα σε γειτονικούς καταναλωτές και να αγοράζουν ενέργεια από άλλους, οριζόντια.
Μέχρι πρότινος αυτό το μοντέλο δεν ήταν δυνατό για πρακτικούς λόγους: Η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να καταναλώνεται τη στιγμή που παράγεται, αλλιώς χάνεται. Το πρόβλημα με τις ΑΠΕ είναι ότι προσφέρουν ενέργεια όταν μπορούν, όχι όταν αυτή χρειάζεται. Στα συμβατικά δίκτυα αντίθετα η ενέργεια είναι αποθηκευμένη σε διάφορες μορφές (ως χημική ενέργεια υδρογονανθράκων, δυναμική ενέργεια του νερού ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου κ.α.) και μετατρέπεται σε ηλεκτρική όταν υπάρχει ζήτηση. Καταρχήν δε μπορεί να γίνει το ίδιο με τις ΑΠΕ. Έτσι το οριζόντιο αυτό δίκτυο θα είχε σοβαρά προβλήματα υπερ- ή υπό- προσφοράς, μιας και η χρήση μπαταριών είναι άκρως προβληματική τόσο οικονομικά όσο και περιβαλοντικά.
Αυτή η κατάσταση όμως τα τελευταία χρόνια έχει αλλάξει, χάρις την εξέλιξη της νανοτεχνολογίας. Πλέον μπορούμε να αποθηκεύσουμε την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια και να τη χρησιμοποιήσουμε όποτε θέλουμε, χρησιμοποιώντας ως «όχημα» το υδρογόνο. Δηλαδή, μπορούμε με το ρεύμα που παράγει π.χ. μια ανεμογεννήτρια να διασπάσουμε νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο, να κρατήσουμε, με τη βοήθεια των λεγόμενων νανοσωλήνων άνθρακα, το υδρογόνο σε ασφαλή δοχεία και όποτε θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια που αποθηκεύσαμε, να ξαναενώνουμε το υδρογόνο με το οξυγόνο, με μοναδικό «καυσαέριο» ακίνδυνους υδρατμούς.
Αυτή η μέθοδος είναι φυσικά η επιτομή της οικολογικής λογικής. Αλλά πέρα από αυτό, για να είναι ένα δίκτυο αποδοτικό και ασφαλές, επιβάλλεται η ύπαρξη ενός οριζοντίου συστήματος (πλέγμα ή τεχνικά i-grid) διαχείρισης της παραγόμενης με αυτό τον τρόπο ηλεκτρικής ενέργειας. Με αυτό και χωρίς μεσάζοντες, χωρίς απώλειες κατά τη μεταφορά, χωρίς ιεραρχίες και με τους πολίτες να ωφελούνται άμεσα από τον πλούτο της χώρας τους, δημιουργείται μια δομή που θυμίζει έντονα το Ίντερνετ: Ένα Διαδίκτυο Ενέργειας Υδρογόνου (ΔΕΥ).
Ας δούμε λοιπόν πιο συγκεκριμένα πως θα έμοιαζε ένα τέτοιο δίκτυο: Κάθε πολυκατοικία, κάθε εργοστάσιο και κάθε δημόσιο κτίριο θα είχε στην ταράτσα του μια μικρή μονάδα παραγωγής ενέργειας (ηλιακή ή αιολική) και ένα απλό μηχάνημα που θα μετατρέπει την ενέργεια αυτή σε υδρογόνο, μέσω της ηλεκτρόλυσης μιας ποσότητας νερού. Αυτό το υδρογόνο θα αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση του οικήματος ή θα πωλείται αυτόματα στο διαδίκτυο που θα συνδέει όλους τους παραγωγούς-καταναλωτές, για να αγοραστεί από κάποιον άλλον γειτονικό κτίριο με μεγάλες (εκείνη τη στιγμή) ανάγκες. Χωρίς μεσάζοντες. Αν κάποια στιγμή απαιτείται η μεταφορά ενέργειας από μια περιοχή με υψηλά αποθεματικά σε μια περιοχή που προς στιγμήν έχει έλλειψη ενέργειας, αυτή μπορεί να γίνει μέσω του συμβατικού δημόσιου δικτύου.
Συνοψίζοντας, τα οφέλη από ένα τέτοιο δίκτυο θα ήταν σαρωτικά:
- Πλήρης ανεξαρτησία από υδρογονάνθρακες – πυρηνικά
- Καμία επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Το υδρογόνο χρησιμοποιείται και σα καύσιμο για την αυτοκίνηση.
- Αφού η ενέργεια καταναλώνεται σχεδόν εκεί που παράγεται, ελάχιστες απώλειες δικτύου (στη ΔΕΗ σήμερα φτάνουν μέχρι και το 40%)
- Ελάχιστη ως καμία οικονομική επιβάρυνση των καταναλωτών, τέλος στα τιμολόγια των πάροχων ενέργειας
- Ενεργειακή αυτάρκεια και ουσιαστική προστασία ενόψει των επερχόμενων ενεργειακών κρίσεων, που όπως φαίνεται θα εκδηλωθούν προς το τέλος αυτής της δεκαετίας.
- Οικονομικό όφελος για όσους δεν καταναλώνουν ενέργεια (πχ εξοχικά σπίτια)
Άρης Χατζηχρήστος, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός ΗΥ ΕΜΠ, Διδακτορικός Φοιτητής Φυσικής,UBC, Vancouver, Καναδάς
Παραπομπές:
[1] http://www.econews.gr/2015/05/27/ptolemaida-5-schaueble-122594/
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/California_electricity_crisis
[3] http://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.LOSS.ZS
Πηγή
RSS Feed