Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας βασιζόμενα σε ΑΠΕ. Συνιστώσες και συνεισφορά στον εξηλεκτρισμό απομονωμένων περιοχών.

Abstract

Στόχος αυτής της εργασίας λοιπόν, είναι η επίδειξη επιτυχών πρακτικών εξηλεκτρισμού και εκμετάλλευσης των ΑΠΕ σε περιοχές, οι οποίες είτε λόγω δυσμενών κλιματικών συνθηκών είτε απομονωμένης γεωγραφικής θέσης και πολύ χαμηλού βιοτικού επιπέδου δεν έχουν πρόσβαση στον ηλεκτρισμό και την απέκτησαν μέσω χρήσης της ηλιακής, αιολικής ενέργειας και της βιομάζας. Αρχικά παρουσιάζονται ενδεικτικά, τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρισμού από ηλιακή και αιολική ενέργεια και γίνεται αναφορά στα τεχνικά χαρακτηριστικά, στις αρχές λειτουργίας και στις βασικότερες εφαρμογές κυρίως των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Επίσης, εξετάζονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ελέγχου στα συστήματα ΑΠΕ. Θα περιπλανηθούμε σε χώρες της Μέσης Ανατολής και Μεσογείου, με το πιο τρανό παράδειγμα, σε ποσοστά εξηλεκτρισμού (95%) μέσω εκτεταμένης χρήσης ΑΠΕ, το Μαρόκο έπειτα την Αλγερία, Αίγυπτο, Παλαιστίνη, Ιορδανία. Στην Υπο-σαχάρια Αφρική, θα συναντήσουμε την Νιγηρία, την Κένυα, τη Ζάμπια και θα παραθέσουμε συγκεκριμένα επιτεύγματα του Undp στην Ουγκάντα και την Τανζανία. Στην Νότιο ανατολική Ασία παρατηρήθηκε εκτενή χρήση της βιομάζας τόσο, στο Μπαγκλαντές, όσο και στην Ινδία. Στην συνέχεια, θα δώσουμε έμφαση σε περιοχές με ιδιαίτερα χαμηλές θερμοκρασίες όπως την Αλάσκα, την Ανταρκτική και το Νεπάλ. Λόγω των πολύ δυσμενών κλιματολογικών συνθηκών παρουσιάζονται δυσκολίες στην πρόσβαση των εγκαταστάσεων, στις εργασιακές συνθήκες, στην επιλογή τεχνολογίας και στην ασφάλεια και παραγωγή της ενέργειας. Τελικός προορισμός είναι οι νησιωτικές περιοχές από την Μεσόγειο, τον Ειρηνικό και Ατλαντικό Ωκεανό έως και τη Βόρεια Θάλασσα οι οποίες είτε δεν είναι συνδεδεμένα σε ηλεκτρικό δίκτυο, είτε παρόλο που είχαν πρόσβαση στον ηλεκτρισμό, επέλεξαν τις ΑΠΕ ως μοναδική πηγή ενέργειας. Επίσης παραθέτουμε μία εκτενή αναφορά στον Ελλαδικό χώρο, στον οποίο η ενασχόληση και η διάδοση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας παρουσιάζει αυξητική τάση τα τελευταία χρόνια με σημαντικές προσπάθειες σε εγκαταστάσεις μικρών αυτόνομων φ/β συστημάτων σε απομακρυσμένα μικρά νησιά ενώ η μέση διείσδυση ΑΠΕ στα νησιά το 2011 ήταν περίπου 15%. Εν κατακλείδι, παρατίθεται σύγκριση των επιτευγμάτων των χωρών αυτών στον ενεργειακό τομέα με χρήση ΑΠΕ, σε σχετικό συγκεντρωτικό πίνακα και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τις δυνατότητες των χωρών στον τομέα αυτό και για τις δυνατότητες των ΑΠΕ ως μέσο παραγωγής ενέργειας και εξηλεκτρισμού.

Despite the worldwide development and prosperity there are still about 1.6billion people without any access at all to electricity grids. These people are residents of remote, poor and usually extreme climate areas of the planet. Lack of access to electricity grids, has been declared by United Nations and other humanitarian organizations, as a parameter for deteriorating poverty of the population. Simple solutions for providing electricity to limited amount of loads may be enough to improve drastically the living conditions, the entrepreneurship and the medical treatment of the residents of these areas.The scope of this thesis is to describe up to what extent Renewable Energy Sources (RES) have helped in electrifying such rural areas instead of grid expansion or use of fossil fuel. The first generic part is more technology oriented. First a concise description of organizations and tools related to rural electrification worldwide is provided. Then description of the typical RES technologies utilized for this purpose presented. There are also references on the significant progress on control schemes used that depend on the complexity, the power and the resources utilized. There is also a sub-section related to advances in energy storage, a vital component of these systems. Last but not least there is reference on typical or more intelligent loads used in such rural systems. The second part of this thesis is a Bibliographical review of organization and funding programs for rural electrification using significant RES share all over the world under all climatic conditions. First, a review of rural electrification in Middle East North Africa (MENA) countries is provided. These applications are mainly ones related to population residing in arid and hot parts of the Morocco has electrified significant part of the rural population with PV kits under the “fee for service” approach (a typical rural electrification practice in other countries as well). Algeria, Egypt and Jordan have made similar attempts. Then, achievements in poor sub-Saharan countries, like Nigeria, Kenya, Zambia, Tanzania are presented. These achievements are strongly related to the United Nations Development Program (UNDP), intelligent local marketing actions and aid from other countries. South East Asia countries are investigated next focusing on Bangladesh and India. In those countries biomass has been used greatly for rural electrification as well as PVs. Great number of actions have been strongly related to improving also the position of women in those countries providing them the opportunity to improve both their business and technical skills. Cold climate areas of the planet, either near both poles or in High altitude countries, e.g. Nepal are a harsh area to live. The special precautions that should be made when installing RES in those areas are presented, especially when erecting wind turbines. Experience from such areas in Alaska, Antarctica and Nepal show clearly that RES could also be applied provided that special precautions have been made.All these areas are electrical islands; in such a review, physical islands should also be presented. Numerous islands, with significant RES potential all over the world, operate isolated to meet theor needs. Some of them base their electricity production on high RES share. A review of best practices in those areas has been provided, from the most recent Scottish island of Eigg with the greatest diversity of RES and 95% RES share to the well known Samso, Utsira and King island. A country with so many islands like Greece could not be omitted from our survey. Success stories of electrifying tiny islands are presented. Special focus is given to the achievements in Kythnos, Ikaria, the forthcoming “Green island” project and the island of Crete where RES share has reach 20% last year. Based on both the technological and bibliographical survey it can be concluded that RES can more and more easily be applied for electrifying remote areas of our planet under all climatic conditions, providing electricity to people without access to it. Meeting simple electrical needs considered as minimal for the rest of the world is enough to provide children in those areas some wide smiles like the ones depicted in some pictures of this thesis.