Ο ρόλος και το δυναμικό της ηλιακής θερμικής ενέργειας στα μελλοντικά ενεργειακά συστήματα
Οι αναγκαίες μειώσεις των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα πρέπει να πραγματοποιηθούν εντός των επόμενων δεκαετιών. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, θα εγκατασταθούν σημαντικοί όγκοι ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αλλά η πρόκληση είναι ποιες τεχνολογίες πρέπει να δοθεί προτεραιότητα.
Επί του παρόντος, η αιολική και η ηλιακή ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχουν αποκτήσει δυναμική, αλλά αυτές οι τεχνολογίες δεν επαρκούν όταν ληφθεί υπόψη ο τομέας της θέρμανσης. Οι ειδικοί έχουν προτείνει την εφαρμογή ηλιακών θερμικών τεχνολογιών για σκοπούς θέρμανσης, αλλά καμία μελέτη δεν έχει αναλύσει λεπτομερώς αυτή την τεχνολογία στο πλαίσιο ενός ολόκληρου εθνικού ενεργειακού συστήματος. Επιπλέον, υπάρχει μια ποικιλία ηλιακών θερμικών τύπων, για παράδειγμα, για μεμονωμένα κτίρια, οικοδομικά τετράγωνα ή για μεγαλύτερα συστήματα δικτύων περιοχής.
Η πλήρωση αυτού του κενού γνώσης είναι ο σκοπός της εργασίας Περιεκτική αξιολόγηση του ρόλου και των δυνατοτήτων της ηλιακής θερμικής ενέργειας σε μελλοντικά ενεργειακά συστήματα, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Solar Energy από τους συγγραφείς Kenneth Hansen και Brian Vad Mathiesen. Τέσσερα εθνικά ενεργειακά συστήματα αναπαράχθηκαν σε ένα προηγμένο εργαλείο ανάλυσης ενεργειακών συστημάτων με τίτλο EnergyPLAN, με σκοπό την ανάλυση των συνεπειών της επέκτασης των μεριδίων ηλιακής θερμικής ενέργειας σε μελλοντικά ενεργειακά συστήματα. Οι χώρες περιελάμβαναν τη Γερμανία, την Ιταλία, την Αυστρία και τη Δανία, που βρίσκονται σε διάφορες περιοχές της Ευρώπης και διαφέρουν ως προς τις ενεργειακές απαιτήσεις, τους πόρους και το κλίμα. Αυτές οι διακυμάνσεις στις συνθήκες αύξησαν την πιθανότητα τα ευρήματα να μπορούν να εφαρμοστούν και σε άλλες χώρες συγκρίσιμες με τις χώρες του παραδείγματος στη μελέτη.
Η επέκταση των ηλιακών θερμικών τεχνολογιών διερευνήθηκε σε μελλοντικά ενεργειακά συστήματα που μοιάζουν με τα υπάρχοντα συστήματα, αλλά και σε συστήματα με μειωμένες απαιτήσεις θερμότητας, διευρυμένα δίκτυα τηλεθέρμανσης και σε ενεργειακά συστήματα που κυριαρχούν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, εξαιρουμένων των τομέων των μεταφορών και της βιομηχανίας. Η επίδραση της επέκτασης της ηλιακής θερμικής ενέργειας ποσοτικοποιήθηκε για την πρωτογενή ενέργεια, το κόστος του ενεργειακού συστήματος και το CO2 -εκπομπές.
Ορισμένα ευρήματα έρχονται σε αντίθεση με αυτό που διαισθητικά θα μπορούσε να αναμένεται από την ενσωμάτωση περαιτέρω ηλιακής θερμικής ενέργειας σε αυτά τα εθνικά ενεργειακά συστήματα. Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι η εγκατάσταση μιας κυμαινόμενης ανανεώσιμης πηγής, όπως η ηλιακή θερμική ενέργεια σε ορισμένα σενάρια αύξησε το CO2 -εκπομπές στην ατμόσφαιρα λόγω των επιπτώσεων στο συνολικό ενεργειακό σύστημα. Για παράδειγμα, σε χώρες με μονάδες συμπαραγωγής για συνδυασμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θέρμανσης, η ηλιακή θερμική ενέργεια προκάλεσε μείωση των ωρών λειτουργίας αυτών των σταθμών. Κατά συνέπεια, άλλες μονάδες που παράγουν αποκλειστικά ηλεκτρική ενέργεια αναγκάστηκαν να λειτουργήσουν περισσότερο, μειώνοντας έτσι την απόδοση του ενεργειακού συστήματος που προκάλεσε μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμου (δηλαδή άνθρακα).
Ομοίως, σε ενεργειακά συστήματα με πολύ υψηλές διεισδύσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η ενσωμάτωση περαιτέρω ηλιακής θερμικής ενέργειας είχε μικτές επιπτώσεις στους δείκτες. Σε ορισμένα σενάρια, η ηλιακή θερμική παραγωγή άρχισε να ανταγωνίζεται άλλες τεχνολογίες χαμηλού κόστους ή κυμαινόμενες λόγω των περιορισμών σχετικά με το πόση κυμαινόμενη ενέργεια είναι δυνατό να ενσωματωθεί σε αυτά τα ενεργειακά συστήματα.
Οι επιπτώσεις στο συνολικό κόστος του ενεργειακού συστήματος κατά την εγκατάσταση περαιτέρω ηλιακών θερμικών ήταν μάλλον αμελητέες καθώς ορισμένα σενάρια έδειξαν μικρές μειώσεις κόστους ενώ άλλα σενάρια έδειχναν μικρές αυξήσεις κόστους. Ωστόσο, η γενική τάση έδειξε ότι είναι πιο οικονομική η εγκατάσταση ηλιακής θερμότητας σε συστήματα δικτύων μεγάλης κλίμακας περιοχών σε σύγκριση με την εγκατάσταση μιας μονάδας σε κάθε κτίριο. Η ενσωμάτωση της ηλιακής θερμικής ενέργειας μείωσε την κατανάλωση στερεών καυσίμων, κάτι που είναι κρίσιμο σε ένα μέλλον όπου ολόκληρο το ενεργειακό σύστημα μεταβαίνει προς 100% ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Συγκεκριμένα, οι πόροι βιομάζας είναι σπάνιοι και πιο ζωτικής σημασίας στους τομείς των μεταφορών και της βιομηχανίας όπου υπάρχουν λιγότερες εναλλακτικές λύσεις αντί των ορυκτών καυσίμων. Ως εκ τούτου, ο ρόλος της ηλιακής θερμικής ενέργειας σε ένα μελλοντικό ενεργειακό σύστημα θα πρέπει να είναι να μειώσει την εξάρτηση από τη βιομάζα και άλλα στερεά καύσιμα ώστε να παραμείνει εντός βιώσιμων ορίων.
Τέλος, εντοπίστηκαν περιορισμοί στο μέγιστο ηλιακό θερμικό μερίδιο σε κάθε χώρα με τη διερεύνηση ολόκληρου του ενεργειακού συστήματος. Αυτοί οι περιορισμοί υπάρχουν λόγω της ευθυγράμμισης μεταξύ παραγωγής και ζήτησης ενέργειας, η οποία πρέπει να αναλυθεί σε υψηλή χρονική ανάλυση. Επιπλέον, υπάρχουν περιορισμοί σχετικά με την ικανότητα αποθήκευσης περίσσειας ενέργειας καθώς η ηλιακή θερμική παραγωγή κορυφώνεται κατά τις καλοκαιρινές περιόδους όπου οι απαιτήσεις σε θερμότητα είναι χαμηλότερες. Το μέγιστο ηλιακό θερμικό μερίδιο της συνολικής παραγωγής θερμότητας κυμαίνεται μεταξύ 3-12% για αυτές τις χώρες, ανάλογα με το μείγμα τεχνολογίας στο ενεργειακό σύστημα, τις εξελίξεις στις ενεργειακές απαιτήσεις και τον αριθμό των κτιρίων που συνδέονται με την ηλιακή θερμική παραγωγή, είτε άμεσα ή έμμεσα μέσω δικτύου.
Αυτά τα ευρήματα είναι σημαντικά, καθώς λίγη έρευνα έχει διεξαχθεί σχετικά με την έκταση και τις συνέπειες των ηλιακών θερμικών τεχνολογιών σήμερα και σε ένα μελλοντικό ενεργειακό σύστημα με λιγότερες εκπομπές άνθρακα. Οι ηλιακές θερμικές τεχνολογίες θα πρέπει να αποτελούν μέρος των μελλοντικών ενεργειακών στρατηγικών μειώνοντας την εξάρτηση από τη βιοενέργεια και ως επιλογή σε περιοχές με περιορισμένους εναλλακτικούς ανανεώσιμους πόρους. Η μελέτη υποστηρίζει την ιεράρχηση των μελλοντικών ενεργειακών επενδύσεων και υπογραμμίζει τη σημασία της διερεύνησης ολόκληρου του ενεργειακού συστήματος και όχι μόνο των συνεπειών σε τμήματα του ενεργειακού συστήματος.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο «Συνολική αξιολόγηση του ρόλου και των δυνατοτήτων της ηλιακής θερμικής ενέργειας στα μελλοντικά ενεργειακά συστήματα», που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Solar Energy. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Kenneth Hansen και Brian Vad Mathiesen από την ομάδα Έρευνας για τον Αειφόρο Ενεργειακό Σχεδιασμό στο Πανεπιστήμιο Aalborg στη Δανία.
