Ερευνητικές δραστηριότητες Πανεπιστηµίου υτικής Μακεδονίας. Ενέργειας και του Περιβάλλοντος

Transcript

1 Ερευνητικές δραστηριότητες Πανεπιστηµίου υτικής Μακεδονίας σε θέµατα Ενέργειας και του Περιβάλλοντος Αν. Καθηγητής Αντώνιος Τουρλιδάκης ίκτυο Ενεργειακών ήµων Ελλάδος Μετάβαση: Η ώρα µετά την εξάντληση του λιγνίτη Πτολεµαϊδα, Ιουλίου 2012

2 Πανεπιστήµιο υτικής Μακεδονίας ΠΑΙ ΑΓΩΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ - ΠΑΙ ΑΓΩΓΙΚΟ ΗΜΟΤΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ - ΠΑΙ ΑΓΩΓΙΚΟ ΝΗΠΙΑΓΩΓΩΝ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΑ ΤΜΗΜΑΤΑ - ΒΑΛΚΑΝΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ - ΕΙΚΑΣΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ - ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ - ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

3 Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών

4 Ιστορικά και αριθµητικά στοιχεία Το Τµήµα ιδρύθηκε το 1999 µε την ονοµασία «Τµήµα Μηχανικών ιαχείρισης Ενεργειακών Πόρων»» και ανήκε στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης Το 2004 µεταφέρθηκε στο νεοϊδρυθέν Πανεπιστήµιο υτικής Μακεδονίας Τον Ιανουάριο 2009 µετονοµάστηκε σε Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών µετά από πολυετείς προσπάθειες Κάθε ακαδηµαϊκή χρονιά δέχεται 100 φοιτητές Το προσωπικό του Τµήµατος αποτελείται από 13 µέλη ΕΠ, 6 µέλη ιοικητικού προσωπικού Στο Τµήµα είναι εγγεγραµµένοι περίπου 50 υποψήφιοι διδάκτορες Οι εγκαταστάσεις του τµήµατος είναι προς το παρόν προσωρινές και βρίσκονται σε τρία διαφορετικά κτίρια. Τα µαθήµατα γίνονται στο ένα από αυτά και τα εργαστήρια στα άλλα δύο.

5 Σκοποί του Τμήματος Το πρόγραμμα σπουδών του Τμήματος δίνεται ιδιαίτερη έμφαση σε ενεργειακά θέματα όπως η παραγωγή και διαχείριση ενέργειας, η ορθολογική χρήση της και η περιβαλλοντική προστασία. Το Τμήμα αποσκοπεί στην καλλιέργεια και την προαγωγή της εκπαίδευσης, της επιστημονικής έρευνας και της γνώσης που αφορά: τη σύγχρονη ενεργειακή τεχνολογία (παραγωγή, μετατροπή, μεταφορά, αποθήκευση και χρήση συμβατικών και ανανεώσιμων ενεργειακών πόρων) τη διαχείριση των ενεργειακών πόρων από θεσμικής, οργανωτικής και οικονομικής άποψης και των επιπτώσεων της διαχείρισης αυτής σε τοπικό, εθνικό και διεθνές επίπεδο. τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της ενέργειας σε τοπικό, περιφερειακό και διεθνές επίπεδο.

6 οµή Τµήµατος Τομέας Παραγωγής, Μεταφοράς και Διανομής Ενέργειας Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών Εργαστήριο Ρευστών και Περιστροφικών Μηχανών Εργαστήριο Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας Τομέας Περιβάλλοντος και Χρήσης Ενέργειας Εργαστήριο Τεχνολογιών Χρήσης Ενέργειας Εργαστήριο Τεχνολογίας Περιβάλλοντος Τομέας Βιομηχανικής Τεχνολογίας και Διοίκησης, Ενεργειακή πολιτική Εργαστήριο Διαχείρισης Ενεργειακών Συστημάτων & Ενεργειακής Πολιτικής Εργαστήριο Οικονομίας και Διοίκησης Παραγωγ. Μονάδων Τομέας Κατασκευών και Υλικών Εργαστήριο Μηχανολογικών Συστημάτων Εργαστήριο Υλικών

7 Εργαστήριο Τεχνολογίας Περιβάλλοντος Μελέτη ατμοσφαιρικής ρύπανσης εξωτερικού χώρου Μελέτη ατμόσφαιρας εσωτερικών χώρων Μελέτη εκπομπών ρυπαντών από οικοδομικά υλικά και καταναλωτικά προϊόντα Ενεργειακός σχεδιασμός κτηρίων Ήπιες μορφές ενέργειας Πρόγνωση της ατομικής έκθεσης με μοντέλα Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics, CFD)

8 Μελέτη ατμοσφαιρικής ρύπανσης εξωτερικού χώρου - Μελέτη ατμόσφαιρας εσωτερικών χώρων Μετρήσεις αιωρούμενων σωματιδίων-νανοσωματιδίων και χημική ανάλυση αυτών (π.χ. PAHs, OC/EC, Ιοντικές ενώσεις κλπ) Μετρήσεις οργανικών ενώσεων (VOC carbonyls) σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους με χρήση ενεργητικής και παθητικής δειγματοληψίας Μετρήσεις ανόργανων ρυπαντών με χρήση ενεργητικής και παθητικής δειγματοληψίας (πχ. ΝΟ2, Ο3, CO2, CO, NH3 κλπ.) Χρήση του θαλάµου δοκιµών, CLIMPAQ, για την µελέτη εκποµπών διαφόρων ρυπαντών (πχ. VOC, σωµατιδίων, κλπ) Σχετικά ερευνητικά προγράμματα: ΑPICE - common Mediterranean strategy and local practical actions for the mitigation of port, industries and cities emissions MED PROGRAMME SINPHONIE - Schools Indoor Pollution and Health observatory network in Europe OFFICAIR - On the reduction of health effects from exposure to indoor air pollutants in modern offices EPHECT - Emissions exposure patterns and health effects of consumer products in the EU BUMA - Prioritization of Building Materials as indoor pollution sources

9 Πρόγνωση της ατομικής έκθεσης με μοντέλα Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής - CFD Πρόγνωση μέγιστων δόσεων και συγκεντρώσεων από επικίνδυνες ουσίες που εκπέμπονται από σημειακές πηγές σε μικρά χρονικά διαστήματα (μοντέλο Bartzis et al., 2008). Ενσωµάτωση του µοντέλου πρόβλεψης της ατοµικής έκθεσης στα µοντέλα CFD RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) Νέες προσεγγίσεις CFD- RANS στην ατμοσφαιρική διασπορά: Μέθοδος ραδιενεργού ανίχνευσης για τον υπολογισμό του χρόνου μεταφοράς ενός ρύπου Εκτίμηση της τυρβώδους ολοκληρωτικής χρονικής κλίμακας συγκέντρωσης κοντά στην πηγή

10 Εργαστήριο Τεχνολογίας Περιβάλλοντος Εργαστηριακή Μονάδα Έρευνας Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης Τομείς Ενασχόλησης: α) Τεχνολογίες Παραγωγής Υδρογόνου β) Τεχνολογίες Αποθήκευσης Υδρογόνου και Φυσικού Αερίου γ) Τεχνολογίες Χρήσης Υδρογόνου για Παραγωγή Ενέργειας δ) Τεχνολογίες δέσμευσης του Διοξειδίου του Άνθρακα ε) Τεχνολογίες DeNOX στ) Ανάπτυξη νανο-υλικών για ενεργειακές εφαρμογές

11 Παραγωγή Υδρογόνου Ηλεκτροκαταλυτική παραγωγή και ανάκτηση του υδρογόνου σε αντιδραστήρες μεμβράνης αγωγών Ο 2 - και Η + Η παραγωγή και ανάκτηση υδρογόνου μέσω συμβατικών μεθόδων αλλά και με τη χρήση νέων αποδοτικότερων τεχνικών αποτελεί την βάση για την επερχόμενη οικονομία του υδρογόνου Αναμόρφωση Υδρογονανθράκων Μερική Οξείδωση Υδρογονανθράκων Αφυδρογόνωση Υδρογονανθράκων Ανάκτηση Υδρογόνου από Απαέρια

12 Αποθήκευση Υδρογόνου Τεχνολογίες αποθήκευσης Υδρογόνου με χρήση προηγμένων υλικών σε ήπιες συνθήκες λειτουργίας. Ανάπτυξη μεταλλικών υδριδίων Ανάπτυξη προσροφητικών υλικών Χαρακτηρισμός δομής και αποθηκευτικής ικανότητας Μοντελοποίηση, προσομοίωση και βελτιστοποίηση διεργασιών αποθήκευσης

13 Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός υλικών αποθήκευσης Μεταλλικά υδρίδια Το μοριακό υδρογόνο διασπάται σε ατομικό και εισχωρεί στις ενδόθετες θέσεις του πλέγματος διαμεταλλικών ενώσεων. Προσροφητικά υλικά Το μοριακό Η 2 προσροφάται στην εσωτερική επιφάνεια της δομής. S u r fa c e c o v e r a g e, θ T 1 T 2 T 3 T 1 <T 2 <T P (bar)

14 Μοντελοποίηση, προσομοίωση και βελτιστοποίηση διεργασιών αποθήκευσης αερίων (Η 2, CH 4, CO 2 ) Μονάδα αποθήκευσης o(m) Κόκκος υλικού o(mm) Εσωτερική δομή o(nm) Μακροσκοπικά ισοζύγια Διάχυση Προσρόφηση 20 μm 0.6 nm 2.4 nm

15 Καταλυτική και Ηλεκτροκαταλυτική αναγωγή NOX Ο καθαρισμός τοξικών συστατικών (κυρίως NΟ X και SO X ) στα απαέρια διαφόρων διεργασιών μέσω της ηλεκτροκαταλυτικής διάσπασης είτε της εκλεκτικής καταλυτικής και ηλεκτροκαταλυτικής αναγωγής, σε αντιδραστήρες σταθερής κλίνης αντιδραστήρες αγωγών Ο 2- αντιδραστήρες αγωγών Η + αντιδραστήρες αγωγών Αλκαλίων (Να +, Κ + )

16 Προσομοίωση διεργασιών σε Κυψέλες Καυσίμου Συγκέντρωση καυσίμου/οξυγόνου σε κυψέλη SOFC Απόδοση ηλεκτρικής ισχύος συνδυασμένης διεργασίας αεριοποίησης -SOFC

17 Ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας Η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας αποτελεί έναν από τους πιο καθοριστικούς παράγοντες επίτευξης της αειφόρου ανάπτυξης, ανάπτυξης, για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών, την εξοικονόμηση των πρώτων υλών και τον απόλυτο σεβασμό στο περιβάλλον Αεριοποίηση Πυρόλυση Αναερόβια Ζύμωση Μελέτες σκοπιμότητας Ενεργειακή γεωργία

18 Χρηματοδοτούμενα Έργα την τελευταία πενταετία 1. Development of Integrated Advanced Materials and Processes for Efficient Hydrogen Storage, (DIAMANTE), Marie Curie, Transfer of Knowledge, Contract number No: MTKI-CT , Διερεύνηση μηχανισμών μικροκλίμακας στο διαχύτη της καθόδου κυψελών καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, ΕΠΑν πράξη δ, Ε&Τ συνεργασία με οργανισμούς χωρών εκτός Ευρώπης, Σχεδιασμός και ανάπτυξη συστημάτων μεμβρανών επαφής αερίου-υγρού για απομάκρυνση, δέσμευση και διαχείριση του CO2 από βιομηχανικά απαέρια (CO2 MembraneCapture), Ε.Π. «ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ & ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ» ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ» ΠΡΑΞΗ Ι: «Συνεργατικά έργα μικρής και μεσαίας κλίμακας», «Ανάπτυξη νέων αποδοτικών υλικών και διεργασιών αποτελεσματικής αποθήκευσης υδρογόνου» Διακρατική συνεργασία Ελλάδα Ρουμανία, Φορείς: {ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, ΤΜΜ-ΠΔΜ}-Ελλάδα, National Institute of Research and Development for Technical Physics-Ρουμανία

19 Εργαστηριακή Μονάδα Έρευνας και Μελέτης του Θερµικού Περιβάλλοντος Lab Unit for THermal Environment Research, Operation and Simulation - THEROS Χρήση Ενέργειας στα Κτήρια Φωτοβολταϊκά στα κτήρια, Γεωθερµικές αντλίες θερµότητας Ενεργειακή προσοµοίωση κτηρίων (Energy+, TRNSYS) Ενεργειακές Επιθεωρήσεις Κτηρίων Έλεγχος αεροστεγανότητας µε Θύρα Υπερπίεσης, Θερµογραφικοί έλεγχοι Ανάλυση και Σχεδιασµός Ενεργειακών Εφαρµογών και Συσκευών Μελέτες υπολογιστικής ρευστοµηχανικής, Εργαστηριακές πειραµατικές µελέτες Περιβαλλοντικές Αναλύσεις Αστικής Κλίµακας Υπολογιστική Ρευστοµηχανική, Θερµογραφικές µετρήσεις

20 Αριθµητικό Πρότυπο Μεταλλικού Αφρού σε Κλίµακα Πόρου A. Kopanidis, A. Theodorakakos, E. Gavaises, D. Bouris (2010) «3D Numerical Simulation of Flow and Conjugate Heat Transfer Through a Microscale Model of Open Cell Metal Foam», International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, 11-12, pp ΡΡΙ U in =2m/s ~2 mm Ts = 338,5K VELOCITY / [m s -1 ] Χρήση µεταλλικών αφρών σε εναλλάκτες θερµότητας για ελαχιστοποίηση βάρους και όγκου (π.χ. οχήµατα, αεροπορικές κ.α.) Αριθµητική αναπαράσταση της γεωµετρίας, σε κλίµακα πόρου Επίλυση εξισώσεων Navier-Stokes και Ενέργειας σε µη δοµηµένο πλέγµα Εξαιρετική προσοµοίωση ρευστοµηχανικών και θερµικών ιδιοτήτων

21 Πρότυπος Εναλλάκτης Θερµότητας µε Ανισοµεγέθεις Κυλίνδρους S. Mavridou, D. Bouris (2012) «Numerical Evaluation of a Heat Exchanger with Inline Tubes of Different Size for Reduced Fouling Rates», International Journal of Heat and Mass Transfer, DOI /j.ijheatmasstransfer d/d=0.5 µε S L /D=1.5, S T /D=3.6 Αύξησε Q/V (W/m 3 ) κατά 28%, Μείωσε επικαθίσεις κατά 30% εν επηρέασε πτώση πίεσης Χρήση ανισοµεγεθών κυλίνδρων σε εναλλάκτες θερµότητας για µείωση όγκου και περιορισµό επικαθήσεων όταν λειτουργούν σε συνθήκες µε αέριους ρύπους (λιγνιτικοί σταθµοί κ.α.) Αριθµητική επίλυση και παραµετρική διερεύνηση µε υπολογιστική ρευστοµηχανική Πειραµατική επιβεβαίωση σε εργαστηριακές µελέτες

22 Θερµική Συµπεριφορά Οδοστρώµατος Εγνατίας Οδού (Πολύµηλος-Βέροια) D. Bouris, T. Theodosiou, K. Rados, M. Makrogianni, K. Koutsoukos and A. Goulas (2010) «Thermographic Measurement and Numerical Weather Forecast Along a Highway Road Surface», Meteorological Applications, 17, km 1 km 9 km 3 km Καταγραφή και πρόγνωση θερµικής συµπεριφοράς οδοστρώµατος για διαχείριση φαινοµένων παγετού Θερµογράφική καταγραφή ανά 2m σε συνολικό µήκος ~25 km Αριθµητικές προγνώσεις µε µετεωρολογικό µοντέλο µεσοκλίµακας (COAMPS)

23 Αριθµητική Μελέτη Πεδίου Ροής σε οµηµένες Περιοχές Μ. Πετρίδου, Γ. Περιβολάρης,. Μπούρης (2010) Αριθµητική Μελέτη Πεδίου Ροής στο Εξωτερικό Περιβάλλον οµηµένων Περιοχών, `ΡΟΗ 2010, 7 ο Πανελλήνιο Συνέδριο για τα Φαινόµενα Ροής Ρευστών, Θεσσαλονίκη, Νοεµβρίου, 2010 U U Αριθµητική αναπαράσταση αστικής γεωµετρίας Πειραιά για διερεύνηση ανεµοπιέσεων, θερµικών συνθηκών κτηρίων αιολικό δυναµικό για µικρές ανεµογεννήτριες Οριακές συνθήκες από προγνώσεις µεσοκλίµακας (COAMPS) Αριθµητική επίλυση και παραµετρική διερεύνηση µε υπολογιστική ρευστοµηχανική

24 Εργαστήριο Θερµοδυναµικής και Θερµικών Μηχανών Υπολογιστική µελέτη φαινοµένων καύσης και ροών µε χηµικές αντιδράσεις µε χρήση µεθόδων RANS και LES Αριθµητικές µέθοδοι βασισµένες σε φασµατικά πεπερασµένα στοιχεία (spectral elements) για παράλληλη επίλυση των εξισώσεων µε χρήση συστηµάτων πολλαπλών επεξεργαστών Μηχανές Εσωτερικής Καύσης (ΜΕΚ) Έρευνα Συµβατικών και Εναλλακτικών Καυσίµων Οπτικές Μετρήσεις Φαινοµένων Ροής και Καύσης Ανάπτυξη µεθόδων προσοµοίωσης και βελτιστοποίησης Βαθµού Απόδοσης θερµοηλεκτρικών σταθµών

25 Μοντελοποίηση θαλάµου καύσης της Μονάδας ΙΙΙ του Α.Η.Σ. Καρδιάς της ΕΗ Α.Ε.

26 Ανάπτυξη εργαστηρίου Οπτικών Τεχνικών µε χρήση Laser Μέτρηση Ταχύτητας Ροής µε Απεικόνιση Σωµατιδίων (Particle Image Velocimetry,PIV) Σύστηµα Nd:YAG Laser, Double- Frame CCD Camera Μέτρηση Συγκέντρωσης µε Εξαναγκασµό Φθορισµού (Laser Induced Fluorescence, LIF) Σύστηµα Nd:YAG Laser, Dye Laser, CCD Camera

27 Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλοµηχανών Υπολογιστική Μηχανική Ρευστών (CFD) για την ανάλυση πολύπλοκων ροών Αεροδυναµική ανάλυση και βελτιστοποίηση σχεδιασµού στροβιλοµηχανών Αεροδυναµική σχεδίαση ανεµογεννητριών, µελέτη αεροελαστικότητας Πειραµατική διερεύνηση - οκιµαστικός έλεγχος Εφαρµογές και τεχνολογία αεριοστροβίλων

28 Μελέτη διάβρωσης σε αντλίες Μελέτη συµπεριφοράς στερεών σωµατιδίων ιάβρωση στο περίβληµα Erosion Rate (kg/m^2/s) 2.50E impeller 316Bimpeller Impeller 2.00E B impeller 316 impeller 314 impeller 1.50E B impeller 1.00E E E Inlet Streamwise area Outlet Ρυθµός διάβρωσης στην πτερωτή

29 Ανάλυση ροής σε ατµοστροβίλους O κύριος σκοπός του παρόντος προγράµµατος είναι η διερεύνηση πραγµατικού ατµοστροβίλου χαµηλής πίεσης που βρίσκεται σε λειτουργία, µε απώτερο στόχο την ευρύτερη µελέτη και σε βάθος κατανόηση των φυσικών φαινοµένων που λαµβάνουν χώρα στη ροή Η υπολογιστική διαδικασία παρέχει λεπτοµερή ροϊκά αποτελέσµατα σε σχέση µε τη µεταβολή της πίεσης και της ταχύτητας ατµού που συµφωνούν µε τα πραγµατικά. Το υπολογιστικό µοντέλο του στροβίλου χαµηλής πίεσης ανταποκρίνεται όπως αναµένεται στην αλλαγή των συνθηκών λειτουργίας. ιερευνάται η εφαρµογή µοντέλων υγροποίησης και σταγονοποίησης του ατµού

30 Σχέση µε τοπική κοινωνία - βιοµηχανία Το Πανεπιστήµιο έχει αναπτύξει µία ισχυρή σχέση µε την τοπική κοινωνία και τους φορείς της Έχει συνεργαστεί στενά και συστηµατικά µε τοπικούς φορείς σε ερευνητικά και αναπτυξιακά προγράµµατα Προγραµµατική Συµφωνία ερευνητικής και εκπαιδευτικής συνεργασίας µε ΕΗ Α.Ε. και χρηµατοδότηση τριών επωνύµων Εδρών Συνεργασία µε ΤΕΕ-Τ Μ Τ Μ για την µεγιστοποίηση των οφελών για την τοπική οικονοµία κατά την κατασκευή της νέας µονάδας του ΑΗΣ Πτολεµαϊδας Συνεργασία µε ήµο Κοζάνης για την ενεργειακή αξιολόγηση των υποδοµών του, την εξοικονόµηση ενέργειας και την εισαγωγή ΑΠΕ Συνεργασία µε ΕΥΑΚ και ΙΤΕΣΚ / ΕΚΕΤΑ για τη µελλοντική ανάπτυξη της τηλεθέρµανσης µε εναλλακτικά καύσιµα

31 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ Ευχαριστώ πολύ!!! ίκτυο Ενεργειακών ήµων Ελλάδος Μετάβαση: Η ώρα µετά την εξάντληση του λιγνίτη Πτολεµαϊδα, Ιουλίου 2012