Αυτονομία και στην επιχείρηση

Τα δεδομένα μιας αυτόνομης ηλεκτροδότησης με Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, μεσαίας και μεγάλης κλίμακας από 10 έως 300kW, ιδανική για επιχειρήσεις και μεγάλα κτίρια. Το κόστος και η λειτουργία της στην πράξη.

Μετά από τουλάχιστον 3 δεκαετίες εφαρμογών είναι πλέον γνωστό ότι η αυτόνομη ηλεκτροδότηση μίας εξοχικής ή κύριας κατοικίας με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι μία απολύτως εφικτή, αξιόπιστη και ποιοτική λύση, εφόσον γίνει σωστή μελέτη, σωστή επιλογή εξοπλισμού και σωστή εγκατάσταση.
Για να κατηγοριοποιήσουμε πρόχειρα τις αυτόνομες εγκαταστάσεις θα πούμε χονδρικά ότι οι εγκαταστάσεις με ονομαστική ισχύ μέχρι περίπου 10kW (αναφερόμενοι στην ισχύ του μετατροπέα και κατΆ επέκταση στην ισχύ των ηλεκτρικών φορτίων που μπορούν να λειτουργήσουν ταυτόχρονα ανά πάσα στιγμή), είναι οι «μικρές» ή «οικιακές» εγκαταστάσεις και αποτελούν ποσοστό άνω του 98% των εγκατεστημένων συστημάτων αυτόνομης ηλεκτροδότησης. Τα συστήματα αυτά είναι μονοφασικά στην μεγάλη τους πλειοψηφία αλλά και τριφασικά τα υπόλοιπα από αυτά.

Η δυσκολία και η -μη- λύση της γεννήτριας

Αντίθετα, αν προκύπτει ανάγκη να καλύψουμε μεγαλύτερη ισχύ και κατανάλωση, είτε αυτό αφορά μία μεγάλη οικία, είτε μία επιχείρηση, είτε ακόμη και ένα συγκρότημα κατοικιών, η γενικότερη αντίληψη είναι ότι τα συστήματα αυτόνομης ηλεκτροδότησης και πολύ περισσότερο οι Α.Π.Ε., δεν αποτελούν μία από τις αξιόπιστες και αποδοτικές λύσεις.
Έτσι πολύ συχνά, όλο το εγχείρημα εγκαταλείπεται ή καταφεύγουμε στην αναχρονιστική λύση της γεννήτριας ως μοναδικής πηγής ενέργειας για την εφαρμογή μας. Οι σύγχρονες γεννήτριες είναι αρκετά αξιόπιστα μηχανήματα και είναι ικανές να τροφοδοτήσουν με μεγάλη ισχύ μία εγκατάσταση για ένα σχετικά μικρό αρχικό κόστος.

Ζήτημα κόστους

Όμως αν υπολογίσουμε το κόστος λειτουργίας μίας γεννήτριας που λειτουργεί σε 24ωρη βάση για ένα χρονικό βάθος 5ετίας ή 10ετίας, συνυπολογίζοντας τα καύσιμα και την συντήρησή της, πολύ εύκολα θα καταλήξουμε σε κόστος πολλαπλάσιο του αρχικού. Επίσης, στην πράξη θα διαπιστώσουμε ότι για να είναι υψηλή η αξιοπιστία και η ποιότητα της ηλεκτροδότησης θα πρέπει το σύστημα να περιλαμβάνει τουλάχιστον 2 γεννήτριες οι οποίες θα εναλλάσσονται μεταξύ τους ώστε να μην διακόπτεται η ηλεκτροδότηση σε περίπτωση συντήρησης ή βλάβης.

Το υψηλό κόστος λειτουργίας προκύπτει κυρίως από το γεγονός ότι οι γεννήτριες με κινητήρες diesel ή αερίου έχουν αποδοτική λειτουργία όταν λειτουργούν σε ένα σχετικά μικρό εύρος της ονομαστικής τους ισχύος που συνήθως είναι μεταξύ του 40% και 75%. Κάτω ή πάνω από αυτά τα επίπεδα, η σχετική κατανάλωση καυσίμου αλλά και η μηχανική φθορά των κινητήρων αυξάνεται σημαντικά.

Αυτόνομη εγκατάσταση άνω των 10 kW

Το πρόβλημα μπορεί να λυθεί οριστικά με ένα υβριδικό σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης με χρήση Α.Π.Ε., όπου η γεννήτρια αποκτά υποστηρικτικό και εφεδρικό ρόλο και λειτουργεί ελάχιστα μόνο όταν είναι απολύτως απαραίτητο.
Παρακάτω θα δούμε το παράδειγμα ενός συγκροτήματος πολυτελών κατοικιών που ο επιχειρηματίας οραματίστηκε σε μία πανέμορφη αλλά απομακρυσμένη περιοχή στην νησιωτική Ελλάδα. Το συγκρότημα εκτίνεται σε μία αρκετά μεγάλη έκταση η οποία όμως βρίσκεται μακριά από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και συνεπώς η ηλεκτροδότηση της ήταν ένα από τα βασικά προβλήματα που έπρεπε να λυθούν πριν ξεκινήσει οτιδήποτε.
Το σχέδιο ήταν να κατασκευασθούν πρώτα οι υποδομές υποστήριξης και μία από τις πολυτελείς οικίες ώστε η μονάδα να μπορεί να λειτουργήσει και στην συνέχεια να κατασκευασθούν οι υπόλοιπες οικίες ανάλογα με την πορεία της επένδυσης.

Αξιοποιώντας την αρθρωτή (modular) αρχιτεκτονική που μπορούν να έχουν αυτά τα συστήματα, αποφασίστηκε να εγκατασταθεί όλη η απαραίτητη υποδομή ώστε το σύστημα να μπορεί να φτάσει σε πλήρη ανάπτυξη σε ονομαστική ισχύ 100kW, αλλά αρχικά εγκαταστάθηκε μόνο ένα μέρος του εξοπλισμού ώστε να μπορεί να υποστηρίξει ηλεκτρικά φορτία μέχρι περίπου 20kW.
Η ισχύς αυτή ήταν η απαιτούμενη ώστε να μπορεί το σύστημα να υποστηρίξει τις ανάγκες σε ενέργεια του εργοταξίου, αποφεύγοντας ήδη την λύση της πολύωρης λειτουργίας μίας γεννήτριας ημερησίως.

Τα αποτελέσματα στην πράξη

Η λύση αποδείχθηκε σωστή και το σύστημα κάλυψε άψογα τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια του εργοταξίου για περίπου 2 χρόνια. Όταν ολοκληρώθηκε η κατασκευή της 1ης κατοικίας αποφασίσθηκε η επέκταση του συστήματος αυτόνομης ηλεκτροδότησης στο επόμενο στάδιο όπου μπορεί να υποστηρίξει ηλεκτρικά φορτία με ισχύ μέχρι περίπου 40kW και ημερήσια κατανάλωση (θερινή περίοδος) της τάξης των150kWh.
Συνοπτικά το σύστημα υποστηρίζει:

- Φωτισμό στεγασμένων, βοηθητικών και υπαίθριων χώρων άνω των 10.000 τετ. μέτρων.
- Αντλίες θερμότητας για ψύξη – θέρμανση των στεγασμένων χώρων και ζεστό νερό χρήσης,
- Αντλίες πισίνας και συστήματος ύδρευσης
- Πληθώρα τυπικών ηλεκτρικών φορτία μίας πολυτελούς οικίας (κουζίνα, πλυντήρια, TV, Η/Υ, ηχοσύστημα, CCTV, κλπ.)

Στη σημερινή του μορφή το σύστημα περιλαμβάνει:

- Φωτοβολταϊκά συνολικής ισχύος 36kWp με τους μετατροπείς τους (HYUNDAI HEAVY INDUSTRIES)
- Συσσωρευτές με ικανότητα αποθήκευσης 180kWh (ROLLS 5000 series)
- Μετατροπείς – διαχειριστές ενέργειας με συνολική ισχύ 36kW σε τριφασική διάταξη (SMA)
- Εφεδρική γεννήτρια diesel (τριφασική) με ονομαστική ισχύ 110kVA
- Συνολικό ενδεικτικό κόστος (για αυτό το στάδιο) 120.000 ευρώ

Η λειτουργία του συστήματος

Κάθε φορά που η ζήτηση ισχύος ή ενέργειας ξεπερνά τις δυνατότητες του συστήματος, τίθεται αυτόματα σε λειτουργία η γεννήτρια για όσο χρειάζεται. Το σύστημα εποπτεύεται μέσω διαδικτύου ώστε να επιβεβαιώνεται η σωστή του λειτουργία και να γίνεται έγκαιρη διάγνωση τυχόν δυσλειτουργιών πριν αυτές δημιουργήσουν σημαντικό πρόβλημα.
Κατά τα 2 έτη λειτουργίας του συστήματος σε αυτήν την μορφή ο μέσος ετήσιος χρόνος λειτουργίας της γεννήτριας είναι κάτω των 500 ωρών και παρατηρήθηκε ότι ακόμη και με συνθήκες πολύ υψηλής μέσης ημερήσιας κατανάλωσης (300kWh+) για αρκετές ημέρες, ο μέσος όρος λειτουργίας της γεννήτριας ημερησίως δεν ξεπέρασε τις 4 – 5 ώρες. Την ίδια περίοδο παρατηρήθηκαν αιχμές ζήτησης ισχύος που ξεπέρασαν τα 50kW.
Βέβαια, θα πρέπει να αναφέρουμε ότι υπάρχουν πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα όπου η κατανάλωση είναι σε χαμηλά επίπεδα και επομένως η λειτουργία της γεννήτριας είναι σχεδόν μηδενική.
Καθώς η 2η κατοικία πλησιάζει στην ολοκλήρωσή της το σύστημα θα επεκταθεί στο επόμενο στάδιο, ώστε να ανταπεξέλθει στις νέες αυξημένες ανάγκες διατηρώντας πάντα τον εφεδρικό ρόλο στην γεννήτρια.

Συμπέρασμα

Ανακεφαλαιώνοντας, η αξιοπιστία και η ποιότητα της ηλεκτροδότησης που μπορεί να προσφέρει ένα υβριδικό σύστημα αυτόνομης ηλεκτροδότησης αυτής της κλίμακας είναι σε πολύ υψηλά επίπεδα. Η ισχύς ενός τέτοιου συστήματος μπορεί να φτάσει μέχρι τα 300kW και πρακτικά μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο εύρος επιχειρηματικών εφαρμογών.
Πρακτικά όμως, δεν υπάρχει όριο αφού οι κατασκευάστριες εταιρείες έχουν ήδη προσφέρει λύσεις πολύ μεγαλύτερης ισχύος για αυτόνομη ηλεκτροδότηση ολόκληρων οικισμών ή και μικρών νησιών.

Το αρχικό κόστος μπορεί να φαίνεται υψηλό συγκρινόμενο με αυτό μίας γεννήτριας, αν όμως συνυπολογισθεί το πολύ χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης σε βάθος χρόνου άνω των 10 ετών ή και περισσότερο (όπου είναι η αναμενόμενη διάρκεια ζωής των συσσωρευτών), τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά.

Επίσης, σε σύγκριση με τα μικρότερα συστήματα, στα μεγαλύτερα συστήματα αυτόνομης ηλεκτροδότησης υπάρχει συνήθως μεγαλύτερη δυνατότητα να αυτοματοποιηθούν κάποιες λειτουργίες προκειμένου να γίνεται η βέλτιστη δυνατή διαχείριση της διαθέσιμης ενέργειας κατά περίπτωση. Π.χ. να λειτουργούν οι αντλίες της πισίνας κατά προτεραιότητα τις ώρες μέγιστης ηλιοφάνειας ή / και όταν λειτουργεί η γεννήτρια.
Κάθε περίπτωση όμως έχει τις δικές ιδιαιτερότητες και είναι απαραίτητο να μελετηθεί και σχεδιαστεί ξεχωριστά.

*Κώστας Ανδρομιδάς, Ηλεκτρονικός Διευθυντής Electrotech Power Systems