Ανάπτυξη πολυμεσικού εργαλείου για τη μελέτη της συμβολής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο κλίμα της Ελλάδας του 21ου αιώνα: προεκτάσεις του στην περιβαλλοντική εκπαίδευση

Abstract

The contribution of the Renewable Energy Sources (RES) in Greece's electricity production sector has been intently examined for the period 2000-2014, as regards the documented existence of exploitable potential, investors interest, network's capabilities, local acceptance- "prehistory" etc. A database (DB) has been created; the DB includes the electricity production, monthly per power plant/fuel type as regards the conventional fuels, per RES-type/island/prefecture as regards the RES. The DB along with the annual verified CO2 emissions of the power plants that participate in the EU Emissions Trading System, has been exploited for fuels estimations and the computation of monthly carbon dioxide (CO2) emissions for the total of the coal/natural gas/oil - fired plants, methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions for the coal-fired plants of the interconnected mainland system (IMS) and the oil-fired plants of the non-interconnected islands (NII), monthly for the period 2000-2014. The visualization and emissions maps creation followed, working in adequate GIS (Geographical Information System) software. The emissions and the temperatures visualization maps on either monthly or annual basis is implemented using the kriging geostatistical method for spatial interpolation (simple kriging). 3 scenarios regarding the RES penetration into Greece's electricity production sector have been developed and cover the period 2015-2050. The scenarios examine basic parameters, such as the fuels costs, the corresponding CO2 emissions, the RES technologies costs etc. In the Bau (business as usual) and the penetration acceleration scenarios the total CO2 emissions in 2050 reach 46 Mt and 13 Mt, respectively. These values correspond to a 13% and -68% change in compare with 1990, respectively for the Bau and the penetration acceleration scenarios. The 3rd examined scenario - namely the maximum penetration one - for the 2 of the 3 demand scenarios examined (reference and low demand), showed that lignite-fired plants zero their CO2 emissions from year 2040, while natural gas-fired plants maintain a capacity of less than 1.5 GW for the reference demand case and zero capacity for the low demand scenario after 2046 (reserves have not been taken into consideration),given that the interconnections of concrete non-interconnected islands to the IMS and the Hydro Pumped Storage Stations (3,6 GW pumping capacity in year 2050) in the IMS are implemented. The electricity production db, the pollutants' estimation/temperatures changes, along with the RES penetration scenarios are embedded in the first deliverable of this Ph.D. project, namely the Application, which allows the user's interference in critical parameters development, such as electricity demand, fuels prices, the euro dollar exchange rate. The scenarios' results (2015-2050) are presented in form of graphs, editable by the user, and are analyzed as follows: production shares per fuel/RES type, CO2 emissions per fuel/consumer, RES capacities, conventional fuels' capacities with CFs (Capacity Factors) and full time jobs per RES type, for the period 2015-2050. The spatial data that are required for the creation of visualization maps of the emissions and the temperatures changes are connected to the Application.According to the daily maximum/minimum air temperatures from 77 meteorological stations of the country, the average air temperature in Greece for the period 1990-2015 reached the 16.9°C. Adopting the estimation of the mean air temperature in Greece for the period 1961-1990, at 16°C (Zanis et al., 2009), during the period 1990-2015 an increase of 0.91°C is observed. For the indirect investigation of the role that RES penetration into electricity production and the resulting CO2 emissions reduction can play, in existing future temperature estimations the estimated annual CO2 emissions of the electricity production sector, in the proposed by the Application scenarios, have been compared with the corresponding time series applied in the publication of the Climate Change Impacts Study Committee of the Bank of Greece. The comparison showed that the CO2 emissions of the maximum penetration scenario for the reference and low demand scenarios, lead to such cumulative CO2 emission totals for the period 2016-2100, which are compatible with the IPCC's global emissions scenario B1 that corresponds to a maximum CO2 concentration in the atmosphere of 550 ppm in 2100 and simultaneously compatible with the restriction of the mean air temperature increase in Greece, the most at 2.4°C until 2100, in compare with the average of the period 1961-1990.Deliverables of the present Ph.D. project are the Application along with the website that hosts it and will consist the mean to communicate with the potential users (professors) of it. The Application is proposed for Professors and generally educators that teach adults for example issues about electricity production, GHGs, climate change mitigation. The Application has been developed in such way to conform with Environmental Education's (EE) basic principles, taking also into consideration modern pedagogical concepts, e.g. critical pedagogy and place-based education, which focus to the cultivation of those capabilities that target to awaken the learner to environmental issues and to environmental justice. The use of GIS is directly related with the cultivation of the spatial thinking, which during last years tend to become an educational practice. The theoretical support of the proposed software tool through the website, the scientific documentation of the choices during PhD's development (through the participations in congresses and the publications), the exploitation of the Information and Communications Technologies (ICT) and lastly the application's character as an lifelong Environmental Education tool, transfuse a hybrid/multidisciplinary character to the attempted approach of the issue electricity production - Greenhouse Gases - climate change - perspectives.

Η συνεισφορά των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) στην ηλεκτροπαραγωγή της χώρας, εξετάζεται διεξοδικά για την περίοδο 2000-2014, όσον αφορά στην τεκμηριωμένη ύπαρξη αξιοποιήσιμου δυναμικού, επενδυτικού ενδιαφέροντος, δυνατοτήτων δικτύου, τοπικής αποδοχής-προϊστορίας κ.λπ. Δημιουργήθηκε Βάση Δεδομένων (ΒΔ) μηνιαίας ηλεκτροπαραγωγής ανά σταθμό/είδος καυσίμου για τα συμβατικά καύσιμα και ανά είδος ΑΠΕ/ νησί ή νομό για τις ΑΠΕ. Η ΒΔ αξιοποιήθηκε για την εκτίμηση καυσίμων και μαζί με τις ετήσιες επιβεβαιωμένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) των μονάδων παραγωγής, που συμμετέχουν στο Σύστημα Εμπορίας Δικαιωμάτων Εκπομπών (ΣΕΔΕ), υπολογίστηκαν οι μηνιαίες χρονοσειρές εκπομπών CO2 για όλες τις συμβατικές μονάδες (3 καύσιμα, λιγνίτης, πετρέλαιο και Φυσικό Αέριο (ΦΑ)) και οι εκπομπές μεθανίου (CH4) και υποξειδίου του αζώτου (N2O) για τις λιγνιτικές μονάδες στο Διασυνδεδεμένο (ΔΣ) και τις πετρελαϊκές στα Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά (ΜΔΝ), για την περίοδο 2000-2014. Ακολούθησε οπτικοποίηση των εκπομπών σε κατάλληλα λογισμικά ΓΠΣ (Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα). Η δημιουργία χαρτών απεικόνισης εκπομπών και θερμοκρασιακών μεταβολών είτε σε μηνιαία είτε σε ετήσια βάση, γίνεται με τη γεωστατιστική μέθοδο χωρικής συσχέτισης kriging (simple). Για την εξέταση της μελλοντικής συμβολής των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή της χώρας, διαμορφώθηκαν 3 σενάρια για την περίοδο 2015-2050. Τα σενάρια εξετάζουν βασικές παραμέτρους όπως το κόστος καυσίμων, τις συνεπαγόμενες εκπομπές CO2, τα κόστη των τεχνολογιών ΑΠΕ κ.λπ. Στο Σενάριο Υφιστάμενων Πρακτικών (ΣΥΠ) και στο Σενάριο Επιτάχυνσης Διείσδυσης (ΣΕΔ) οι συνολικές εκπομπές CO2 της περιόδου 2015-2050 διαμορφώνονται στους 46 Mt και 13 Mt, τιμές οι οποίες παραπέμπουν σε μεταβολή συγκριτικά με το 1990, 13% και -68%, αντίστοιχα. Tο 3ο εξεταζόμενο Σενάριο Μέγιστης Διείσδυσης (ΣΜΔ) για τα 2 εκ των 3 εξεταζόμενων σεναρίων ζήτησης (αναφοράς και χαμηλή), παραπέμπει σε μηδενισμό των εκπομπών CO2 από λιγνιτικές μονάδες από το 2040 και μετά. Η ισχύς των μονάδων ΦΑ μειώνεται κάτω από 1,5 GW και μηδενίζεται το 2046 (δεν συμπεριλαμβάνονται εφεδρείες), αντίστοιχα για τις δύο περιπτώσεις ζήτησης (αναφοράς και χαμηλή), εφόσον τα επόμενα έτη υλοποιηθούν συγκεκριμένες διασυνδέσεις ΜΔΝ στο ΔΣ και τα έργα Αντλησιοταμιευτικών Υδροηλεκτρικών Σταθμών στο ΔΣ (3,6 GW αντλητική ισχύς το 2050). Η ΒΔ ηλεκτροπαραγωγής, οι εκτιμήσεις εκπομπών/θερμοκρασιακές μεταβολές και τα σενάρια διείσδυσης ενσωματώνονται σε πλατφόρμα λογισμικού, την Εφαρμογή, η οποία αποτελεί το πρώτο παραδοτέο της διατριβής. Η Εφαρμογή επιτρέπει τη διαχείριση εκ μέρους του χρήστη, κρίσιμων παραμέτρων, όπως ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, εξέλιξη τιμών καυσίμων, ισοτιμία ευρώ/δολαρίου κ.λπ. Τα αποτελέσματα των σεναρίων (2015-2050) παρουσιάζονται σε επεξεργάσιμα από το χρήστη γραφήματα, και αναλύονται ως εξής: % παραγωγών ανά καύσιμο και είδος ΑΠΕ, εκπομπές CO2 ανά καύσιμο και καταναλωτή, ισχύς ΑΠΕ, συμβατική ισχύς με Συντελεστές Φόρτισης (ΣΦ) και θέσεις πλήρους απασχόλησης ανά ΑΠΕ, για την περίοδο 2015-2050. To σύνολο των χωρικών πληροφοριών, που απαιτούνται για τη δημιουργία χαρτών απεικόνισης των εκπομπών και των θερμοκρασιακών μεταβολών είναι συνδεδεμένο με την Εφαρμογή. Σύμφωνα με τις ημερήσιες μέγιστες/ελάχιστες θερμοκρασίες αέρα από 77 μετεωρολογικούς σταθμούς στη χώρα, η μέση θερμοκρασία αέρα στην Ελλάδα την περίοδο 1990-2015 ανήλθε στους 16,9°C. Υιοθετώντας την εκτίμηση για τη μέση θερμοκρασία Ελλάδας της περιόδου 1961-1990, στους 16°C (Zanis et al., 2009), τότε την περίοδο 1990-2015, παρατηρείται μεταβολή + 0,91°C. Για την έμμεση διερεύνηση του ρόλου, που μπορεί να διαδραματίσει η διείσδυση των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή και η συνεπαγόμενη μείωση των εκπομπών CO2, σε υφιστάμενες μελλοντικές θερμοκρασιακές εκτιμήσεις, πραγματοποιήθηκε αντιπαραβολή των ετήσιων εκτιμήσεων εκπομπών CO2 του τομέα ηλεκτροπαραγωγής από τα προτεινόμενα σενάρια της Εφαρμογής, με τις αντίστοιχες χρονοσειρές από τη δημοσίευση της Επιτροπής Μελέτης των Επιπτώσεων της Κλιματικής Αλλαγής της Τράπεζας της Ελλάδας. Η αντιπαραβολή ανέδειξε πως οι εκπομπές του Σεναρίου Μέγιστης Διείσδυσης για τα σενάρια ζήτησης αναφοράς και χαμηλή, οδηγούν σε τέτοια σωρευτικά αθροίσματα εκπομπών CO2 από την ηλεκτροπαραγωγή την περίοδο 2016-2100, συμβατά με τη στόχευση του σεναρίου Β1 της IPCC για συγκέντρωση CO2 στην ατμόσφαιρα κατά το μέγιστο στα 550 ppm το 2100 και ταυτόχρονα περιορισμό της ανόδου της μέσης θερμοκρασίας στην Ελλάδα κατά το μέγιστο 2,4°C μέχρι το 2100, σε σύγκριση με το μέσο όρο της περιόδου 1961-1990.Παραδοτέα της παρούσας διατριβής αποτελούν η Εφαρμογή και η ιστοσελίδα, η οποία φιλοξενεί την Εφαρμογή και θα αποτελέσει το δίαυλο επικοινωνίας με τους δυνητικούς χρήστες - εκπαιδευτικούς. Το λογισμικό προτείνεται σε καθηγητές της Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης και γενικότερα σε εκπαιδευτές ενηλίκων που πραγματεύονται θέματα όπως, ηλεκτροπαραγωγή, εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, παράγοντες μετριασμού κλιματικής αλλαγής. Η Εφαρμογή αναπτύχθηκε έτσι ώστε να συνάδει με τις βασικές αρχές της Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης (ΠΕ) καθώς και με σύγχρονες παιδαγωγικές αντιλήψεις, π.χ. κριτική παιδαγωγική και εκπαίδευση με βάση τον τόπο, οι οποίες εστιάζουν στην καλλιέργεια εκείνων των δεξιοτήτων, που στόχο έχουν να αφυπνίσουν τον εκπαιδευόμενο/πολίτη σε περιβαλλοντικά θέματα και στην απόδοση περιβαλλοντικής δικαιοσύνης. Η χρήση ΓΠΣ συνδέεται άμεσα με την καλλιέργεια χωρικού τρόπου σκέψης, ο οποίος τα τελευταία χρόνια τείνει να γίνει εκπαιδευτική πρακτική.Η θεωρητική υποστήριξη του προτεινόμενου λογισμικού μέσα από την ιστοσελίδα, η επιστημονική τεκμηρίωση των επιλογών κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής, μέσα από τις συμμετοχές σε συνέδρια και τις δημοσιεύσεις, η αξιοποίηση των Τεχνολογιών Πληροφοριών και Επικοινωνίας (ΤΠΕ) και τέλος ο χαρακτήρας της Εφαρμογής ως εργαλείου κατάλληλου για τη δια βίου Περιβαλλοντική Εκπαίδευση, προσδίδουν έναν υβριδικό/διεπιστημονικό χαρακτήρα στην επιχειρούμενη προσέγγιση του θέματος Ηλεκτροπαραγωγή, Θερμοκηπιακά αέρια, Κλιματική Αλλαγή, Προοπτικές.