Έργα αντλησιοταμίευσης: Μονάδες αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης δυναμικότητας

09:00 - 09/01/2025

Μια «ξενάγηση» στον «κόσμο» των έργων αντλησιοταμίευσης και τα οφέλη που προκύπτουν από τη κατασκευή τους, η οποία αποτελεί μια σύγχρονη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας, που εξασφαλίζει επάρκεια εφοδιασμού.

Θεμιστοκλής Σούλος Τοπογράφος Μηχανικός Ε.Μ.Π (2005) / Μελετητής Yδραυλικών ¨Εργων & C.E.O της εταιρείας Artemis TechEng με μελετητική εμπειρία έργων Αντλησιοταμίευσης συνολικής ισχύος 3 GW.

Tα τελευταία χρόνια στον Ελλαδικό χώρο δειλά έχουν ξεκινήσει να μελετώνται αλλά και να κατασκευάζονται έργα Αντλησιοταμίευσης.

Τα πλεονεκτήματα κατασκευής τέτοιων έργων

Αποθήκευση Ενέργειας σε Μεγάλη Κλίμακα: Τα έργα αντλησιοταμίευσης είναι από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους αποθήκευσης ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα. Επιτρέπουν την αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν η ζήτηση αυξάνεται.
Ενίσχυση της Σταθερότητας του Δικτύου: Αυτά τα έργα βοηθούν στη σταθεροποίηση του ηλεκτρικού δικτύου, αντισταθμίζοντας τις διακυμάνσεις στην παραγωγή ενέργεια από ΑΠΕ όπως η ηλιακή και η αιολική, οι οποίες είναι διακοπτόμενες.
Υψηλή Απόδοση: Η συνολική ενεργειακή απόδοση των συστημάτων αντλησιοταμίευσης κυμαίνεται συχνά μεταξύ 70-85%, καθιστώντας τα ένα από τα πιο αποδοτικά συστήματα αποθήκευσης.
Συμβολή στη Βιωσιμότητα: Ενισχύουν την περιβαλλοντική βιωσιμότητα επιτρέποντας τη βέλτιστη χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τη μείωση της ανάγκης για ενεργοβόρα και ρυπογόνα συστήματα εφεδρείας.
Οικονομικά Οφέλη: Παρέχουν οικονομική αποδοτικότητα, καθώς η χρήση ενέργειας από αντλησιοταμίευση μπορεί να εξομαλύνει τις διακυμάνσεις στις τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας και να μειώσει τα κόστη αιχμής.
Αντίδραση σε Αιχμές Ζήτησης: Μπορούν να ανταποκρίνονται γρήγορα στις αιχμές ζήτησης, προσφέροντας σχεδόν άμεση παροχή ισχύος στο δίκτυο, γεγονός που ενισχύει την ευελιξία και την αξιοπιστία του συστήματος.
Ευκολία Ενσωμάτωσης με Υπάρχουσες Υποδομές: Συχνά, τα έργα αντλησιοταμίευσης μπορούν να κατασκευαστούν σε συνδυασμό με υπάρχουσες υποδομές υδροηλεκτρικών σταθμών, μειώνοντας το κόστος και το χρόνο κατασκευής.
Διάρκεια Ζωής: Τα έργα αντλησιοταμίευσης έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής (συχνά πάνω από 50-60 χρόνια), παρέχοντας σταθερή και αξιόπιστη απόδοση για πολλές δεκαετίες.
Περιβαλλοντικά Οφέλη: Σε σύγκριση με άλλες μορφές αποθήκευσης ενέργειας, οι αντλησιοταμιευτικοί σταθμοί έχουν σχετικά χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα και μικρό συνολικά περιβαλλοντικό αποτύπωμα και σαφώς μπορούν όπως θα δούμε παρακάτω να υποστηρίξουν τη βιώσιμη ανάπτυξη όταν σχεδιάζονται με προσοχή για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

1.Τεχνικές αρχές υλοποίησης τους:

Oι βασικές αρχές υλοποίησης τέτοιων έργων είναι οι κάτωθι:

Άνω Δεξαμενή Αποθήκευσης: Βρίσκεται σε υψηλή υψομετρική θέση και λειτουργεί ως σημείο αποθήκευσης του νερού όταν το σύστημα είναι σε κατάσταση άντλησης. Αυτή η δεξαμενή αντιπροσωπεύει το σημείο δυναμικής ενέργειας του νερού και είναι κρίσιμη για την αποδοτικότητα του συστήματος, καθώς παρέχει το υψομετρικό πλεονέκτημα που απαιτείται για τη μετατροπή της δυναμικής ενέργειας σε κινητική κατά τη φάση της παραγωγής.
Αγωγός Μεταφοράς Νερού: Ο αγωγός συνδέει την άνω δεξαμενή με το εργοστάσιο παραγωγής και μπορεί να είναι είτε υπόγειος είτε υπέργειος, ανάλογα με τη μορφολογία του εδάφους και τις κατασκευαστικές απαιτήσεις. Oι αγωγοί είναι κατασκευασμένοι από υλικά υψηλής αντοχής για να αντέχουν στην υδροστατική πίεση του νερού και μπορεί να είναι διπλοί (Ανοδικός – καθοδικός) ή μονοί, ανάλογα με τις ανάγκες του έργου.
Εργοστάσιο Παραγωγής Ενέργειας: Το εργοστάσιο περιλαμβάνει στροβιλοαντλίες, οι οποίες λειτουργούν ως αντλίες κατά τη φάση της φόρτισης (όταν το νερό αντλείται προς την άνω δεξαμενή) και ως τουρμπίνες κατά τη φάση της εκφόρτισης (όταν το νερό κατέρχεται προς την κάτω δεξαμενή). Κατά τη φάση της παραγωγής, η υψηλή κινητική ενέργεια που δημιουργείται από τη διελευση του νερού μέσα από τη στροβιλοαντλία μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία διοχετεύεται στο δίκτυο.
Χαμηλός Υψομετρικός Υποδοχέας: Το νερό που έχει διέλθει από το εργοστάσιο παραγωγής καταλήγει σε μια δεξαμενή χαμηλότερης υψομετρικής στάθμης. Αυτή μπορεί να είναι μια φυσική ή τεχνητή λίμνη ή μια ειδική χαμηλή δεξαμενή σε κοντινή απόσταση από μια υπάρχουσα λίμνη. Ο χαμηλός υποδοχέας λειτουργεί ως το σημείο εκκίνησης για την επόμενη φάση άντλησης του νερού πίσω στην άνω δεξαμενή.

Τα έργα αντλησιοταμίευσης αποτελούν τον Ορισμό της Κυκλικής Οικονομίας παρέχοντας την δυνατότητα αποθήκευσης και παραγωγής τεραστίων μεγεθών ενέργειας ακριβώς την στιγμή που το δίκτυο έχει ανάγκη την ενέργεια αυτή.

2.Λειτουργία και Ενεργειακή Απόδοση

Το σύστημα αντλησιοταμίευσης βασίζεται στην αρχή της μετατροπής ενέργειας: το νερό αντλείται από τη χαμηλή δεξαμενή στην άνω δεξαμενή όταν υπάρχει περίσσεια ενέργειας στο δίκτυο, αποθηκεύοντας έτσι ενέργεια με τη μορφή δυναμικής. Όταν η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται, το νερό απελευθερώνεται και, διασχίζοντας τον αγωγό με μεγάλη ταχύτητα, διεγείρει τη στροβιλοαντλία, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια μέσω της κινητικής ενέργειας που απελευθερώνεται.

Αυτό το ολοκληρωμένο σύστημα παρέχει σημαντική ευελιξία στο ενεργειακό δίκτυο, συμβάλλοντας στη σταθερότητα και την αποδοτικότητα του συστήματος ηλεκτροπαραγωγής, ειδικά σε περιοχές με υψηλή διείσδυση ΑΠΕ.

3.Οι τεχνικές τους δυσκολίες

Τα έργα αντλησιοταμίευσης, αν και προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα, παρουσιάζουν και αρκετές τεχνικές δυσκολίες.

Ορισμένες από τις βασικότερες είναι:

Γεωλογικές και γεωτεχνικές απαιτήσεις: Η επιλογή του κατάλληλου σημείου για την κατασκευή των δεξαμενών και του αγωγού είναι κρίσιμη. Οι περιοχές πρέπει να έχουν σταθερό υπόβαθρο για να αντέχουν τη μεγάλη πίεση και τις φορτίσεις από το νερό. Αυτό απαιτεί εκτεταμένες γεωλογικές και γεωτεχνικές μελέτες, οι οποίες μπορεί να αυξήσουν το κόστος και τη διάρκεια των προπαρασκευαστικών έργων.
Σχεδιασμός και κατασκευή των αγωγών: Η μεταφορά νερού από την ανώτερη στη χαμηλότερη δεξαμενή μέσω αγωγών είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, ιδιαίτερα όταν ο αγωγός είναι υπόγειος. Η επιλογή των υλικών, η κατασκευή ανθεκτικών και υδατοστεγών αγωγών, και η διαχείριση της διάβρωσης και των πιέσεων είναι μερικές από τις βασικές προκλήσεις.
Υδραυλικές προκλήσεις: Η ροή του νερού πρέπει να ελέγχεται ώστε να αποφεύγονται οι στροβιλισμοί και η αεροδυναμική κατάρρευση, που μπορεί να προκαλέσουν ζημιές στο σύστημα. Ο σχεδιασμός της στροβιλοαντλίας και των θυρίδων εισόδου/εξόδου νερού είναι σημαντικός για τη διασφάλιση της ομαλής λειτουργίας.
Κατασκευή και συντήρηση υποδομών: Τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας και οι υποδομές τους απαιτούν υψηλή τεχνογνωσία και εξειδικευμένο εξοπλισμό για την κατασκευή και τη συντήρησή τους. Αυτό περιλαμβάνει την εγκατάσταση και τη συντήρηση των τουρμπινών και αντλιών, που είναι πολύπλοκα μηχανήματα.
Διαχείριση νερού και περιβαλλοντικές προκλήσεις: Η πλήρωση και η διατήρηση των δεξαμενών απαιτούν προσεκτικό σχεδιασμό για την εξασφάλιση της διαθεσιμότητας νερού, ιδιαίτερα σε περιόδους ξηρασίας. Επίσης, οι παρεμβάσεις μπορεί να επηρεάσουν την τοπική χλωρίδα και πανίδα, οπότε χρειάζεται να λαμβάνονται μέτρα για την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.
Χρηματοδότηση και υψηλό αρχικό κόστος: Η κατασκευή έργων αντλησιοταμίευσης είναι ιδιαίτερα δαπανηρή και απαιτεί σημαντικές επενδύσεις. Αυτό μπορεί να είναι εμπόδιο για την υλοποίηση τέτοιων έργων χωρίς κρατική υποστήριξη ή συνεργασίες με μεγάλες εταιρείες ενέργειας.
Αδειοδοτήσεις και γραφειοκρατία: Η εξασφάλιση όλων των απαραίτητων αδειών και η συμμόρφωση με τις περιβαλλοντικές και νομικές απαιτήσεις μπορεί να καθυστερήσει σημαντικά την υλοποίηση του έργου.

Παρά τις δυσκολίες, τα έργα αντλησιοταμίευσης εξακολουθούν να είναι μια από τις πιο αποτελεσματικές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα, προσφέροντας σταθερότητα και ευελιξία στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας.

4.Το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα σε σχέση με άλλα έργα πράσινης ενέργειας

Τα έργα αντλησιοταμίευσης παρουσιάζουν σημαντικά χαμηλότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα σε σύγκριση με άλλες μορφές παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας. Οι περιοχές που αποψιλώνονται και διαμορφώνονται για τη δημιουργία των μελλοντικών ταμιευτήρων είναι σημαντικά μικρότερες εν σύγκριση με τα αιολικά και Φ/Β έργα αντίστοιχης ισχύος παραγωγής . Παρ’ όλα αυτά, το μεγάλο πλεονέκτημα είναι ότι αυτοί οι ταμιευτήρες κατόπιν της εκσκαφής και διαμόρφωσης τους πληρώνονται με ένα υλικό απολύτως φυσικό , που δεν είναι άλλο από το ύδωρ, το οποίο όχι μόνο εναρμονίζεται με το φυσικό τοπίο, αλλά και προσελκύει διάφορα είδη πανίδας, συμβάλλοντας έτσι στη δημιουργία μικρών οικοσυστημάτων γύρω από αυτές τις περιοχές .Επιπλέον, η κατασκευή του εργοστασίου παραγωγής ενέργειας έχει περιορισμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα, καθώς η συνολική έκταση που καταλαμβάνει δεν ξεπερνά τα 10 στρέμματα. Για Παράδειγμα η Συνολική έκτασης εύρους κατάληψης και αποψίλωσης ενός Αντλησιοταμιευτικού έργου Δυναμικότητας 100 ΜW δεν ξεπερνάει συνολικά τα 120 στρέμματα ,την στιγμή που ένα αντίστοιχο Αιολικό Πάρκο αντίστοιχης δυναμικότητας απαιτεί έκταση αποψίλωσης τουλάχιστον 500 στρεμμάτων .Το παραπάνω παράδειγμα θεωρεί ως υπόθεση εργασίας ότι οι αγωγοί μεταφοράς νερού έχουν κατασκευαστεί υπόγεια.

5.Πόσο θα μπορούσαν βοηθήσουν στην ενεργειακή επάρκεια της χώρας

Τα έργα αντλησιοταμίευσης θα μπορούσαν να προσφέρουν σημαντική υποστήριξη στην ενεργειακή επάρκεια μιας χώρας σαν την Ελλάδα, ειδικά σε συνδυασμό με άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.

Ορισμένοι από τους βασικούς τρόπους με τους οποίους τα έργα αντλησιοταμίευσης μπορούν να συμβάλουν στην ενεργειακή επάρκεια της Ελλάδας είναι οι εξής:

Αποθήκευση και διαχείριση ενέργειας από ΑΠΕ: Στην Ελλάδα, η ηλιακή και η αιολική ενέργεια έχουν μεγάλο δυναμικό ανάπτυξης, αλλά οι παραγωγικές τους δυνατότητες εξαρτώνται από καιρικές συνθήκες, με αποτέλεσμα να μην είναι πάντα διαθέσιμες όταν είναι απαραίτητες. Τα έργα αντλησιοταμίευσης προσφέρουν έναν εξαιρετικό τρόπο αποθήκευσης της υπερβάλλουσας ενέργειας που παράγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας (ή όταν υπάρχει έντονος άνεμος) για να χρησιμοποιηθεί αργότερα, κατά τις ώρες υψηλής ζήτησης ή όταν οι ΑΠΕ δεν παράγουν αρκετή ενέργεια (π.χ., τη νύχτα ή σε ημέρες με λίγο άνεμο).
Σταθεροποίηση του δικτύου και ευελιξία: Η ικανότητα των έργων αντλησιοταμίευσης να παρέχουν γρήγορη και ευέλικτη απόκριση στην ζήτηση ή στις αλλαγές στην παραγωγή ενέργειας είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα για την Ελλάδα. Όταν το δίκτυο αντιμετωπίζει απότομες αυξήσεις στη ζήτηση ή αν υπάρχει έλλειψη από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, τα έργα αντλησιοταμίευσης μπορούν να παρέχουν άμεσα την απαραίτητη ενέργεια για να διατηρηθεί η σταθερότητα του συστήματος.
Μείωση της εξάρτησης από εισαγωγές ενέργειας: Η Ελλάδα, αν και έχει βελτιώσει την ενεργειακή της αυτονομία μέσω ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, εξακολουθεί να εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από εισαγωγές ενέργειας (κυρίως από φυσικό αέριο). Τα έργα αντλησιοταμίευσης θα μπορούσαν να μειώσουν αυτήν την εξάρτηση, επιτρέποντας στην Ελλάδα να αποθηκεύει και να χρησιμοποιεί τοπικά παραγόμενη ενέργεια χωρίς να χρειάζεται να εισάγει περισσότερο φυσικό αέριο ή άλλες μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Ανάπτυξη πράσινης ενέργειας και επίτευξη στόχων ΕΕ: Η Ελλάδα έχει δεσμευτεί να αυξήσει το μερίδιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην παραγωγή της και να μειώσει τις εκπομπές CO2, σύμφωνα με τις κλιματικές πολιτικές της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Τα έργα αντλησιοταμίευσης προσφέρουν μια αξιόπιστη λύση για την υποστήριξη αυτής της μετάβασης, επιτρέποντας την αποθήκευση και την ορθολογική διαχείριση της ενέργειας από ΑΠΕ, κάτι που είναι κρίσιμο για την επίτευξη των στόχων αυτών.
Μακροπρόθεσμη ενεργειακή ασφάλεια: Η ενεργειακή ασφάλεια είναι εξαιρετικά σημαντική για χώρες με έντονη εξάρτηση από εξωτερικές πηγές ενέργειας. Τα έργα αντλησιοταμίευσης προσφέρουν σταθερές, αξιόπιστες και προβλέψιμες λύσεις για την εξασφάλιση της συνεχιζόμενης τροφοδοσίας ενέργειας σε όλη τη διάρκεια του έτους, ιδιαίτερα σε περιόδους μεγάλης ζήτησης ή ενδεχόμενης κρίσης στην προμήθεια ενέργειας.

Συμπερασματικά θεωρούμε ότι η στροφή της χώρας μας στην ανάπτυξη και κατασκευή έργων αντλησιοταμίευσης θα μπορούσε να της προσδώσει αφενός την πολυπόθητη ενεργειακή επάρκεια μαζί με την σταθερότητα του δικτύου της ακόμα δε θα μπορούσε το πλεόνασμα ενέργειας που θα προκύπτει από τέτοιου είδους στρατηγικές υποδομές να είναι εξαγώγιμο προϊόν προς τρίτες χώρες δεδομένων πλέον των επικείμενων έργων διασύνδεσης (π.χ. δίκτυο Ελλάδας -Ιταλίας)