ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΩΝ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΘΑΛΑΣΣΩΝ ΑΠΟ ΕΠΙΤΟΠΙΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ

Transcript

1 ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΩΝ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΘΑΛΑΣΣΩΝ ΑΠΟ ΕΠΙΤΟΠΙΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Σουκισιάν Τ., Φυτίλης Δ., Γκιζάρη Ν. Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, Σχολή Ναυπηγών & Μηχανολόγων Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Περίληψη Σήμερα, στην Ευρώπη περίπου το 0% της ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Όσο αφορά την αιολική ενέργεια, οι κύριοι λόγοι που έχουν οδηγήσει στην ανάγκη για δημιουργία θαλάσσιων αιολικών πάρκων είναι η έλλειψη θέσεων στην ξηρά. Επιπλέον, μία πολλά υποσχόμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας είναι η ενέργεια από τα θαλάσσια κύματα. Παρόλο που η κυματική ενέργεια χαρακτηρίζεται από αρκετά πλεονεκτήματα στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ελάχιστα μέχρι σήμερα έχει αξιοποιηθεί. Στην παρούσα εργασία, πραγματοποιείται μια πρώτη προσπάθεια για λεπτομερή εκτίμηση του υπεράκτιου αιολικού και κυματικού δυναμικού των Ελληνικών θαλασσών, με βάση τις επιτόπιες μετρήσεις ανέμου και κύματος που έχουν πραγματοποιηθεί. Τα δεδομένα είναι υπό την μορφή μετρήσεων μακρών χρονοσειρών και καλύπτουν μια περίοδο που κυμαίνεται από 5 έως χρόνια. Λέξεις κλειδιά: αιολική ενέργεια, κυματική ενέργεια, σύστημα ΠΟΣΕΙΔΩΝ OFFSHORE WIND AND WAVE POTENTIAL OF THE GREEK SEAS BASED ON IN-SITU MEASUREMENTS Soukissian T., Fytilis D., Gizari N. Institute of Oceanography, Hellenic Centre for Marine Research, tsouki@hcmr.gr School of Naval Architecture & Marine Engineering, National Technical University of Athens, nikolgizari@gmail.com Abstract Currently, in Europe approximately 0% of its electricity comes from renewable energy sources. Regarding wind energy, as most of the inland prime locations are being used up, the next place to look for wind is offshore. In addition, one of the most promising renewable energy sources is sea waves. However, sea wave energy has hardly ever been systematically exploited up to now though it attracts most of the advantages that characterize RES. In this paper, a first attempt for a detailed assessment of the offshore wind and wave potential of the Greek seas, based on in-situ wind and wave measurements is made. The data are in the form of measured time series covering a period ranging from 5 to years. Key words: wind energy, wave energy, POSEIDON system. Εισαγωγή Σήμερα, στην Ευρώπη περίπου το 0% της ηλεκτρικής ενέργειας προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Οι ενεργειακές ανάγκες στηρίζονται κυρίως από τις συμβατικές πηγές ενέργειας, οι οποίες έχουν εξαντληθεί σε ανησυχητικό βαθμό. Ως εκ τούτου, οι ΑΠΕ θα πρέπει να προτιμηθούν ως εναλλακτικές λύσεις για την παραγωγή ενέργειας (στόχος 0% μέχρι το 00 από την ΕΕ), κυρίως λόγω της απεριόριστης διαθεσιμότητά τους, αλλά και τη συμβολή τους στη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Βλ. π.χ., Η εντατική έρευνα και η μελέτη για την ανάπτυξη της αιολικής και της κυματικής ενέργειας άρχισε, μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση, το 973. Από το 990, με την αύξηση του μεγέθους και τη βελτίωση της αποδοτικότητας των ανεμογεννητριών, η αξιοποίηση της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας έχει αποκτήσει μεγάλο δυναμικό. Παράλληλα, υπήρξε πραγματική αναγέννηση στον τομέα της κυματικής ενέργειας, η οποία έχει οδηγηθεί τα τελευταία χρόνια, πιο κοντά στην

2 εμπορευματοποίηση από ποτέ άλλοτε. Όσον αφορά την αιολική ενέργεια, τα πλεονεκτήματα της είναι ότι είναι άφθονη, ανανεώσιμη, διανέμεται ευρέως και φθηνά, ενώ συμβάλλει στη μείωση του φαινόμενου του θερμοκηπίου και των εκπομπών τοξικών αερίων. Αν και τα χερσαία αιολικά πάρκα έχουν εδραιωθεί στις ευρωπαϊκές χώρες της Μεσογείου, τα υπεράκτια αιολικά πάρκα βρίσκονται ακόμη σε νηπιακή ηλικία. Αναμένεται στα επόμενα χρόνια ότι τα υπεράκτια αιολικά πάρκα θα αυξηθούν σημαντικά. Οι κύριοι λόγοι που έχουν οδηγήσει στην ανάγκη για δημιουργία υπεράκτιων αιολικών πάρκων είναι η έλλειψη θέσεων στην ξηρά και η περισσότερη διαθέσιμη ενέργεια από την θάλασσα. Τα πλεονεκτήματα της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας είναι τα ακόλουθα: i) ο άνεμος τείνει να πνέει με περισσότερη ένταση λόγω της μειωμένης τύρβης και της μικρότερης διάτμησης στη θάλασσα απ ότι στη ξηρά, ii) το μέγεθος μιας υπεράκτιας ανεμογεννήτριας δεν περιορίζεται λόγω της παρουσίας υλικοτεχνικών υποδομών στην ξηρά (π.χ., οδικά ή σιδηροδρομικά δίκτυα), iii) οι οπτικές ενοχλήσεις και ο θόρυβος των ανεμογεννητριών μπορεί να αποφευχθεί εάν οι ανεμογεννήτριες εγκατασταθούν σε επαρκή απόσταση από την ακτή, iv) απέραντες εκτάσεις συνεχούς ανοιχτής θάλασσας είναι διαθέσιμες και οι εγκαταστάσεις δεν καταλαμβάνουν γη, παρεμβαίνοντας στις άλλες χρήσεις της (Jonkman, 007). Από την άλλη πλευρά, μια σχετικά νέα και ελπιδοφόρα ανανεώσιμη πηγή ενέργειας είναι η ενέργεια από τα θαλάσσια κύματα. Παρόλο που η κυματική ενέργεια χαρακτηρίζεται από αρκετά πλεονεκτήματα στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ελάχιστα μέχρι σήμερα έχει αξιοποιηθεί παγκοσμίως. Ο θαλάσσιος κυματισμός συγκεντρώνει τα περισσότερα πλεονεκτήματα που χαρακτηρίζουν τις ΑΠΕ: χαμηλοί δείκτες ρύπανσης σε επίπεδο κύκλου ζωής, αποκέντρωση της παραγωγής ενέργειας, απεξάρτηση από εισαγωγές ορυκτών καυσίμων, δεν παράγονται απόβλητα, προοπτικές οικονομικής ανάπτυξης σε απομακρυσμένες ή/και υποβαθμισμένες περιοχές, δημιουργία θέσεων εργασίας, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις (ακουστική ή οπτική όχληση, επιπτώσεις σε χλωρίδα και πανίδα) από την εγκατάσταση τεχνολογιών κυματικής ενέργειας θεωρούνται ήπιες (Clément et al., 00; Iglesias et al., 009). Ο κυματισμός στην ανοιχτή θάλασσα μπορεί να προβλεφθεί σχετικά ικανοποιητικά ενώ ακόμη κι όταν σταματήσει η πνοή του ανέμου και οι ανεμογεννήτριες πάψουν να λειτουργούν, ο κυματισμός της θάλασσας μπορεί να διαρκέσει (στη μορφή της αποθάλασσας) για αρκετές ακόμη ώρες. Το γεγονός αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα της κυματικής ενέγειας όσον αφορά: i) την μερική ανεξαρτησία της λειτουργίας των μετατροπέων κυματικής ενέργειας από τις τοπικές καιρικές συνθήκες και ii) την ανάπτυξη υβριδικών συστημάτων (συνδιασμένη εκμετάλλευση αιολικής και κυματικής ενέργειας). Κατά τη διάρκεια του 999, εγκαταστάθηκε στις Ελληνικές θάλασσες το δίκτυο παρακολούθησης των θαλασσών, ΠΟΣΕΙΔΩΝ, περιλαμβάνοντας 0 πλωτούς μετρητικούς σταθμούς, εγκαταστημένους σε περιοχές βαθέων υδάτων. Οι μετρητικοί σταθμοί (buoys) καταγράφουν συνεχώς διάφορες μετεωρολογικές παραμέτρους (ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου, ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία αέρα) και παραμέτρους κυμάτων (σημαντικό ύψος κύματος, κατεύθυνση και περίοδο κύματος). Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται, μια πρώτη προσπάθεια για εκτίμηση του υπεράκτιου αιολικού και κυματικού δυναμικού των Ελληνικών θαλασσών με βάση επιτόπιες μετρήσεις ανέμου και κύματος. Τα ανεμολογικά και κυματικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται στη μελέτη είναι υπό τη μορφή μετρήσεων μακροχρόνιων χρονοσειρών της ταχύτητας ανέμου, κατεύθυνσης ανέμου, ριπής ανέμου και κυματικών φασματικών παραμέτρων, αντίστοιχα, καλύπτοντας μια περίοδο που κυμαίνεται από 5 μέχρι χρόνια. Τα δεδομένα αποκτήθηκαν μέσω του δικτύου

3 παρακολούθησης ΠΟΣΕΙΔΩΝ.. Μεθοδολογία. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Σε αυτό το κεφάλαιο, εξετάζονται βασικές σχέσεις της φυσικής που έχουν σχέση με την ενέργεια και την ισχύ του ανέμου. Στη συνέχεια, βάση των σχέσεων της κινητικής ενέργειας και της διατήρησης μάζας γίνεται υπολογισμός της θεωρητικής αιολικής ενέργειας (χωρίς την εξέταση του μετατροπέα). Τέλος, δίνεται το ποσοστό της αιολικής ενέργειας που μετατρέπεται σε μηχανική ισχύ. Η κινητική ενέργεια μιας μάζας αέρα m που κινείται με μια ταχύτητα u μπορεί να εκφραστεί ως: E = mu. () Για μία συγκεκριμένη διατομή A, μέσω της οποίας ο αέρας με πυκνότητα ρ διέρχεται με ταχύτητα u, η ροή μάζας είναι: dm m = = ρua () dt Οι εξισώσεις που εκφράζουν την κινητική ενέργεια του κινούμενου αέρα και της ροής μάζας παράγουν το ποσό ενέργειας που περνά μέσω της διατομής A ανά μονάδα χρόνου. Αυτή η ενέργεια Ė είναι ίδια με την ισχύ P: P = E = mu = ρauu = ρau 3. (3) όπου ρ είναι η πυκνότητα του αέρα (.5 kg/m 3 ), A η επιφάνεια αναφοράς (m ) και u η ταχύτητα του ανέμου (m/s). Ο υπολογισμός της αιολικής ενέργειας που πραγματοποιείται ανά μονάδα επιφανείας (δηλαδή Α=m ) είναι: P A u 3 = ρ. (4) Τελικά, για τον υπολογισμό του μέσου αιολικού δυναμικό P για όλες τις διαθέσιμες μετρήσεις, χρησιμοποιούμε την ακόλουθη σχέση: P = Pi A, (5) N N i= όπου N είναι ο συνολικός αριθμός ανεμολογικών μετρήσεων. Αξίζει να υπενθυμιστεί ότι οι βασικές σχέσεις αναφέρονται σε ιδανική, χωρίς τριβές ροή και ότι το τελικό αποτέλεσμα παρήχθη

4 χωρίς να εξεταστεί ο ίδιος ο μετατροπέας αιολικής ενέργειας. Ακόμη και με την ιδανική ροή αέρα και χωρίς απώλειες μετατροπής, ο λόγος της εξαχθείσας μηχανικής ενέργειας προς την ισχύ που περιέχεται στον άνεμο περιορίζεται στην τιμή C p = Επομένως, μόνο περίπου 60% της αιολικής ενέργειας από μια ορισμένη διατομή μπορεί να μετατραπεί σε μηχανική ισχύ. Όταν ο ιδανικός συντελεστής ισχύος επιτυγχάνει τη μέγιστη τιμή C p =0.593, η ταχύτητα του ανέμου στο επίπεδο της ροής του μετατροπέα ισοδυναμεί με τα δύο τρίτα της μη διαταραγμένης ταχύτητας ανέμου και μειώνεται στο ένα τρίτο πίσω από το μετατροπέα (Hau, 006).. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΥΜΑΤΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η θεωρητική εκτίμηση της κυματικής ενέργειας, θεωρώντας αρχικά απλούς αρμονικούς κυματισμούς και ακολούθως θεωρώντας μια ρεαλιστική κατάσταση θάλασσας, που αποτελεί υπέρθεση πολλών αρμονικών κυματισμών με τυχαία διαφορά φάσης. Σύμφωνα με την γραμμική θεωρία, για έναν προοδευτικό μονοχρωματικό κύμα με πλάτος a, ύψος κύματος H = a και κυκλική συχνότητα ω, η συνολική ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας είναι το άθροισμα της κινητικής ( Ε ) και της δυναμικής ενέργειας ( Ε ): Κ P E E gh gh gh =Ε K + P = ρ + ρ = ρ, (6) 3 όπου ρ είναι η πυκνότητα του θαλασσινού νερού (05 kg m ), g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας (9.8 ms ) και Η το ύψος κύματος ( m ). Η ποσότητα Ε ( J / m ) καλείται ενεργειακή πυκνότητα (Dean et al.,99). Το κύμα συνήθως περιγράφεται ως προς την ισχύ ανά μέτρο μετώπου του κύματος και υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας την ενεργειακή πυκνότητα με την κυματική ταχύτητα (ταχύτητα ομάδας c g ). Κάνοντας ορισμένες απλές πράξεις καταλήγουμε τελικά στο ακόλουθο αποτέλεσμα: P 3π wave front = ρ ght. (7) Τα ανεμογενή κύματα διαδίδονται γενικά με την κατεύθυνση του τοπικού ανέμου και εξαρτώνται άμεσα από την ταχύτητά του. Σε αντίθεση με την γραμμική θεωρία, ένα κύμα σε ρεαλιστική κατάσταση θάλασσας, αποτελείται από πολλά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων, μηκών και κατευθύνσεων διάδοσης. Σε ένα δεδομένο σημείο της θάλασσας παρατηρούνται κυματικές συνθήκες σε διάστημα μερικών ωρών (καταστάσεις θάλασσας) οι οποίες περιγράφονται συνοπτικά από την κατανομή της ενεργειακής πυκνότητας S( f, θ ) (directional spectrum). Στην πράξη χρησιμοποιούνται συνήθως ορισμένα μόνον φασματικά χαρακτηριστικά όπως είναι το σημαντικό ύψος κύματος, η μέση ενεργειακή περίοδος ή η περίοδος κορυφής φάσματος και η μέση κατεύθυνση. Σε πραγματικές καταστάσεις θάλασσας και σε βαθιά νερά η κυματική ενέργεια για μία δεδομένη κατάσταση θάλασσας δίνεται από την σχέση που ακολουθεί:

5 ρ g kw P = Hm T P H 3 m T 0 p 64π ms, (8) (Pontes et al., 007), σε kw m μετώπου κύματος. Στην σχέση (8), φασματική ροπή n -τάξεως, η οποία ορίζεται ως εξής: m, n =, 0,,, είναι η n n m = f S( f, θ) dfdθ, (9) n π 0 0 H m0 = H είναι το σημαντικό ύψος κύματος ( m ) που δίνεται από τη σχέση: S H = H = 4 m, (0) m0 S 0 και TP = πωp, είναι η φασματική περίοδο κορυφής ( s ), όπου ω p είναι η φασματική συχνότητα κορυφής. Μία άλλη σχέση που χρησιμοποιείται στην βιβλιογραφία για τον υπολογισμό της κυματικής ενέργειας σε μια κατάσταση θάλασσας είναι: ρ g kw P = Hm T e H 3 m T 0 e 64π ms, () όπου T e είναι η ενεργειακή περίοδος (Mollison et al., 99; Pontes et al., 007) που δίνεται από τη σχέση: T m e =. () m0 Τελικά, για τον υπολογισμό του μέσου κυματικού δυναμικό P για όλες τις διαθέσιμες μετρήσεις, χρησιμοποιούμε την ακόλουθη απλή σχέση: P = N i= N P i, (3) όπου N είναι ο συνολικός αριθμός των καταστάσεων θάλασσας για το εξεταζόμενο χρονικό διάστημα και P i, i,,, N Hm T pi κατάστασης θάλασσας. =, είναι η κυματική ενέργεια της ( ) 0, i, 3. Αποτελέσματα Τα ανεμολογικά και κυματικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του υπεράκτιου αιολικού και κυματικού δυναμικού συνίστανται σε χρονοσειρές της ταχύτητας και διεύθυνσης

6 ανέμου καθώς και φασματικών παραμέτρων καλύπτοντας μια περίοδο που κυμαίνεται από 5 έως χρόνια (999-0). Οι μετρήσεις ανέμου έχουν διάρκεια καταγραφής 600s, ενώ οι μετρήσεις κύματος έχουν διάρκεια καταγραφής 04s. Οι ανωτέρω μετρήσεις διενεργούνται κάθε 3 ώρες. Ειδικότερα, οι μετρήσεις έχουν αποκτηθεί από 5 πλωτούς μετρητικούς σταθμούς (buoys) του συστήματος ΠΟΣΕΙΔΩΝ, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι στις περιοχές βαθέων υδάτων: Άθως [ ο Β, 4.76 ο Α], Μύκονος [37.53 ο Β, ο Α], ΕΜ3Α [ ο Β, ο Α], Πύλος [ ο Β,.63 ο Α] και Ζάκυνθος [ ο Β, ο Α]. Αρχικά πραγματοποιήθηκε διόρθωση και φιλτράρισμα των ληφθέντων δεδομένων, δηλαδή έγινε απαλοιφή των αρνητικών, μηδενικών και ακραίων τιμών που περιέχονταν σ αυτά. Ακόμα, απερρίφθησαν οι μήνες στους οποίους υπήρχαν μετρήσεις κάτω από 0 ημέρες. Ας σημειωθεί ότι τα παρουσιαζόμενα κενά (missing values) στις καταγραφές του ανέμου και του κυματισμού δεν συμπληρώθηκαν με άλλα στοιχεία. Αυτό αποφασίσθηκε για δύο κυρίως λόγους: αφενός μεν διότι μας ενδιαφέρει η μακροχρόνια στατιστική εκτίμηση της αιολικής/κυματικής ενέργειας και αφετέρου τα εμφανιζόμενα κενά είναι διεσπαρμένα με τυχαίο τρόπο στα διαθέσιμα δείγματα, οπότε τα κενά αυτά δεν αναμένεται να επηρεάζουν τα τελικά αποτελέσματα. Τα δειγματικά μεγέθη για τις ανεμολογικές (κυματικές) παραμέτρους είναι 7357 (533) παρατηρήσεις για τον Αθω, 9553 (846) για το σταθμό ΕΜ3Α, 6978 (84) για τη Μύκονο, 580 (0770) για την Πύλο και 066 (086) για τη Ζάκυνθο. Στη συνέχεια, ακολουθούν διαγράμματα που απεικονίζουν μια αντιπροσωπευτική χρονοσειρά της ταχύτητας ανέμου (Εικ.), του ύψους κύματος (Εικ.) καθώς και της περιόδου κύματος (Εικ.3) για την περιοχή μελέτης Άθως. Παράλληλα, δημιουργήθηκαν ροδογράμματα από τα ανεμολογικά δεδομένα που περιέχουν την κατεύθυνση και την ταχύτητα του ανέμου (Εικ.), ενώ τα αντίστοιχα ροδογράμματα των κυματικών δεδομένων, περιέχουν την κατεύθυνση, το σημαντικό ύψος κύματος (Εικ.) και την περίοδο του κύματος (Εικ.3). Εικ. : Διάγραμμα χρονοσειράς της ταχύτητας ανέμου και το αντίστοιχο ροδόγραμμα για τον σταθμό Άθως. Στην εικόνα, παρατηρείται ότι οι ΒΑ και ΒΒΑ άνεμοι είναι συχνότεροι και εντονότεροι και μπορεί να φτάσουν τα.96 m/sec, σε αντίθεση με της μικρότερης έντασης Ν και ΝΑ ανέμους που κυμαίνονται κυρίως μεταξύ 5-0 m/sec. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα από τα ροδογράμμματα ύψους και περιόδου κύματος [(Εικ.),(Εικ.3)], φαίνεται ότι η κύρια κατεύθυνση του κυματισμού είναι ΒΑ, με μέγιστο καταγεγραμμένο σημαντικό ύψος κύματος 5.79 m, η

7 διασπορά των κατευθύνσεων είναι γενικά μικρότερη από των αντίστοιχων ανέμων, ενώ επικρατούν και κυματισμοί ΝΝΑ που χαρακτηρίζονται από σημαντικό ύψος κύματος μικρότερο των m και περιόδου κύματος μικρότερης των 8 sec. Από τα φιλτραρισμένα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν, έγινε υπολογισμός του μέσου μηνιαίου και ετήσιου αιολικού και κυματικού δυναμικού. Για την αξιοποίηση των δεδομένων όλων των χρόνων, δημιουργήθηκαν διαγράμματα που απεικονίζουν τη μέση τιμή ανά μήνα της αιολικής και κυματικής ενέργειας αντίστοιχα, για κάθε μία από τις πέντε περιοχές μελέτης που βρίσκονται στον ελληνικό θαλάσσιο χώρο [(Εικ.4.), (Εικ.5.), (Εικ.6.), (Εικ.7.), (Εικ.8.)]. Εικ. : Διάγραμμα χρονοσειράς του σημαντικού ύψους κύματος και το αντίστοιχο ροδόγραμμα για τον σταθμό Άθως. Εικ. 3: Διάγραμμα χρονοσειράς της περιόδου κύματος και το αντίστοιχο ροδόγραμμα για τον σταθμό Άθως.

8 Εικ. 4: Μέση μηνιαία διακύμανση αιολικής (αριστερά) και κυματικής (δεξιά) ενέργειας για την περίοδο για το σταθμό Άθως. Εικ. 5: Μέση μηνιαία διακύμανση αιολικής (αριστερά) και κυματικής (δεξιά) ενέργειας για την περίοδο για το σταθμό Μύκονος. Εικ. 6: Μέση μηνιαία διακύμανση αιολικής (αριστερά) και κυματικής (δεξιά) ενέργειας για την περίοδο για το σταθμό ΕΜ3Α.

9 Εικ. 7: Μέση μηνιαία διακύμανση αιολικής (αριστερά) και κυματικής (δεξιά) ενέργειας για την περίοδο για το σταθμό Πύλος. Από τις εικόνες αυτές, παρατηρείται ότι στο σύνολο των σταθμών, η διακύμανση του αιολικού και κυματικού δυναμικού ακολουθεί μια τυπική ετήσια συμπεριφορά. Συγκεκριμένα, κατά τους χειμερινούς μήνες παρατηρούνται οι υψηλότερες τιμές του δυναμικού, ενώ τους καλοκαιρινούς μήνες, εμφανίζονται οι χαμηλότερες τιμές. Αξίζει να σημειωθεί, ότι στον σταθμό της Μυκόνου, το αιολικό δυναμικό εμφανίζει μία σημαντική αύξηση τους καλοκαιρινούς μήνες (ιδιαίτερα τον μήνα Αύγουστο), η οποία οφείλεται στην εμφάνιση των ετήσιων ανέμων (Μελτέμια) που πνέουν από Β-ΒΔ προς Ν-ΝΑ στο Αιγαίο πέλαγος την καλοκαιρινή περίοδο. Επιπρόσθετα, η Μύκονος αποτελεί την περιοχή μελέτης όπου παρατηρήθηκαν οι υψηλότερες τιμές αιολικής και κυματικής ενέργειας για την περίοδο Η μέγιστη τιμή της κυματικής ενέργειας, εμφανίζεται στον σταθμό της Πύλου για το μήνα Δεκέμβριο (P=4 kw/m), παρόλο που η αιολική ενέργεια παραμένει σχετικά χαμηλή. Αυτό αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα της κυματικής ενέργειας, όπου ενώ ο άνεμος έχει κοπάσει, ο κυματισμός εξακολουθεί να είναι έντονος. Εικ. 8: Μέση μηνιαία διακύμανση αιολικής (αριστερά) και κυματικής (δεξιά) ενέργειας για την περίοδο για το σταθμό Ζάκυνθος. 4. Συμπεράσματα/Συζήτηση Στην παρούσα εργασία, γίνεται και παρουσιάζεται, για πρώτη φορά, η εκτίμηση του υπεράκτιου αιολικού και κυματικού δυναμικού των Ελληνικών θαλασσών, με βάση επιτόπιες μετρήσεις ανέμου και κύματος, οι οποίες αποκτήθηκαν μέσω του δικτύου παρακολούθησης ΠΟΣΕΙΔΩΝ. Τα ανεμολογικά και κυματικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν είναι υπό τη μορφή μετρήσεων

10 μακροχρόνιων χρονοσειρών καλύπτοντας μια περίοδο που κυμαίνεται από 5 μέχρι χρόνια (999-0). Σήμερα είναι γενικά αποδεκτό ότι το αιολικό δυναμικό μιας περιοχής θεωρείται εκμεταλλεύσιμο ενεργειακά, όταν η μέση ετήσια ταχύτητα του ανέμου ξεπερνά την τιμή των 5 m/s (σε ύψος 0 m από το έδαφος), δηλαδή την ενέργεια των 80 W/m. Γενικά, μερικά δείγματα από τη ποιοτική αξιολόγηση του μεγέθους της αιολικής ενέργειας είναι τα εξής: <00W (χαμηλή), 400W (καλή) και >700W (υψηλή) (Manwell et al., 009). Συγκεκριμένα, η ετήσια διακύμανση του αιολικού δυναμικού στις περιοχές μελέτης βρέθηκε να είναι W/m για τον Άθω, W/m για τη Μύκονο, W/m για το ΕΜ3Α, W/m για την Πύλο και W/m για την Ζάκυνθο. Περαιτέρω, η μέση ετήσια αιολική ενέργεια είναι 0.67 W/m (Άθως), 356. W/m (Μύκονος), W/m (ΕΜ3Α), W/m (Πύλος) και 73.8 W/m (Ζάκυνθος). Επομένως βάση των αποτελεσμάτων, φαίνεται ότι το αιολικό δυναμικό των περιοχών μελέτης μπορεί να αξιοποιηθεί με την δημιουργία υπεράκτιων αιολικών πάρκων. Από την άλλη πλευρά, η ετήσια διακύμανση του κυματικού δυναμικού στις περιοχές μελέτης είναι kw/m για τον Άθω, kw/m για τη Μύκονο, kw/m για τον ΕΜ3Α, kw/m για την Πύλο και kw/m για την Ζάκυνθο. Αντίστοιχα, η μέση ετήσια κυματική ενέργεια είναι 3.99 kw/m (Άθως), 5.3 kw/m (Μύκονος), 4.04 kw/m (ΕΜ3Α), 5.63 kw/m (Πύλος) και 3.67 kw/m (Ζάκυνθος). Σύμφωνα με τον (Clément et al., 00), στον ελληνικό θαλάσσιο χώρο, παρουσιάζεται μια αξιοποιήσιμη κυματική ενέργεια της τάξης 4- kw/m, την οποία θεωρεί τη μεγαλύτερη στη λεκάνη της Μεσογείου. Επομένως, το κυματικό δυναμικό που προκύπτει από την ανάλυση των μετρήσεων στις συγκεκριμένες τουλάχιστον περιοχές που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία, θεωρείται αξιοποιήσιμο. Ένα σχετικό και ιδιαίτερα σημαντικό σημείο μελλοντικής διερεύνησης είναι η εκτίμηση της διαθέσιμης κυματικής ενέργειας εξαιτίας της παρουσίας αποθαλασσών, όταν δηλαδή η διαθέσιμη αιολική ενέργεια παρουσιάζει υστέρηση. Τελικά, στον ελληνικό θαλάσσιο χώρο, όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν εδώ, υπάρχει εκμεταλλεύσιμο αιολικό και κυματικό δυναμικό. Επομένως, θα μπορούσε η ανάπτυξη υβριδικών συστημάτων απόληψης αιολικής και κυματικής ενέργειας στη θάλασσα, να αποτελέσει μια βιώσιμη και τεχνολογικά εφικτή λύση για την ηλεκτροδότηση της χώρας από Α.Π.Ε. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Clément, A. McCullen, P., Falcão, A., Fiorentino, A., Gardner, F., Hammarlund, K., Lemonis, G., Lewis, T., Nielsen, K., Petroncini, S., Pontes, M.-T., Schild, Bengt-Olov Sjöström, P., Sørensen, H.C., Thorpe, T. 00. Wave energy in Europe: current status and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews (6): Dean G.R., Dalrymple A.R., 99. Water waves mechanics for engineers and scientists. Advanced Series on Ocean Engineering, World Scientific, 37 pp. Hau E., 006. Wind Turbines Fundamentals, Technologies, Application, Economics (nd edition), Springer, 79 pp. Iglesias, G., López, M., Carballo, R., Castro, A., Fraguela, J.A., Frigaard, P., 009. Wave energy potential in Galicia (NW Spain). Renewable Energy (34): Jonkman J.M., 007. Dynamics Modeling and Loads Analysis of an Offshore Floating Wind Turbine. National Renewable Energy Laboratory, Technical Report NREL/TP , 33 pp. Manwell, J. F., McGowan, J. G. & Rogers, A. L., 009. Wind Energy Explained: Theory, Design and Application (nd edition). Wiley, 705 pp. Mollison D., Pontes M.T..99. Assessing the Portuguese resource wave-power. Energy, 7(3): Pontes M.T., Sempreviva AM., Barthelmie R., Giebel G., Costa P., Sood, 007. Integrating Offshore Wind and Wave Resource Assessment. Paper on the 7th European Wave and Tidal Energy Conference, Porto (PT).