ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - ΑΝΑΓΚΑΙΟΤΗΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥΣ - ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - ΑΝΑΓΚΑΙΟΤΗΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥΣ - ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΚΠΟΝΗΣΗ: ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: κ. ΚΩΣΤΗΣ Ι. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 30 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2008

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στις σελίδες που ακολουθούν θα αναφερθούμε στις Ήπιες Μορφές Ενέργειας, την παρουσία τους στην Ελλάδα καθώς και στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι μορφές ενέργειας με τις οποίες θα ασχοληθούμε είναι η ηλιακή, η αιολική και τα φωτοβολταϊκά. Γνωρίζοντας ότι τα αποθέματα του πετρελαίου εξαντλούνται, η ανάγκη για νέες μορφές ενέργειας έγινε επιτακτική. Η χρήση τους διαδόθηκε και διευκολύνθηκε με νέες τεχνολογίες έτσι ώστε σήμερα, καθώς δεν προκαλούν ανεπιθύμητα προβλήματα στο περιβάλλον, να έχουν γίνει πρώτη επιλογή του χρήστη. Ένα ακόμα πλεονέκτημα, είναι το χαμηλό τους κόστος, σημαντικός παράγοντας για την καθιέρωσή τους. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 2 -

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΣΕΛΙΔΕΣ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ...8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ...9 Ε.2 ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ...10 Ε.2.1 ΣΤΕΡΕΑ ΟΡΥΚΤΑ Ε.2.2 ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ Ε.2.3 ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ...12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΑΙΟΛΙΚΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΝΕΜΟΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ ΑΝΟΔΙΚΟΣ - ΚΑΘΟΔΙΚΟΣ ΑΝΕΜΟΣ ΓΕΝΕΣΙΟΥΡΓΑ ΑΙΤΙΑ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΤΡΟΠΙΚΟΙ ΑΝΕΜΟΙ ΜΟΥΣΩΝΕΣ ΑΝΕΜΟΙ ΜΕΣΩΝ ΠΛΑΤΩΝ ΠΟΛΙΚΟΙ ΑΝΕΜΟΙ ΑΥΡΑ (ΘΑΛΑΣΣΙΑ, ΚΟΙΛΑΔΩΝ, ΒΟΥΝΩΝ) ΤΟΠΙΚΟΙ ΑΝΕΜΟΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΜΕ ΤΟ ΧΡΟΝΟ ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΑΠΟ ΤΟ ΥΨΟΣ ΧΩΡΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΑΙ ΤΡΕΧΟΥΣΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ...36 ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 3 -

4 1.8.2 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ IN-SITU ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΒΡΙΔΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΤΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΞΕΛΙΞΕΩΝ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΚΑΙ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΑΘΕΣΙΜΟΤΗΤΑ ΑΝΤΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΟΣΤΟΥΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΜΕ ΤΟ ΦΟΡΤΙΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΗΣ Α/Γ ΚΑΙ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΙΣΧΥΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ ΗΛΙΑΚΕΣ ΛΙΜΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΑΚΡΑΣ ΔΙΑΡΚΕΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΒΟΛΙΚΩΝ ΚΟΙΛΩΝ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΚΟΙΛΩΝ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΕΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΔΙΕΘΝΩΣ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΥΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΙΣΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΣΕ ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΓΑΙΕΣ...63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΩΤΟΝΙΑ...66 ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 4 -

5 3.4 ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΤΩΝ ΦΒ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΣΤΗΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΘΕΣΙΜΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΑΠΟΔΟΣΕΙΣ ΦΒ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΦΒ Ν-ΠΥΡΙΤΙΟ & Ρ-ΠΥΡΙΤΙΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΒ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΦΒ ΤΑΣΗ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΡΕΥΜΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΜΟΝΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΑ (m-si) ΠΟΛΥΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΑ (p-si) ΑΜΟΡΦΟ ΠΥΡΙΤΙΟ (a-si) ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΑ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ (BIPV) ΚΟΣΤΗ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΒΡΙΔΙΚΑ ΦΒ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΦΒ ΦΒ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΒ ΠΑΝΕΛ ΦΒ ΠΕΔΙΟ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΔΙΟΔΟΙ - ΡΥΘΜΙΣΤΕΣ ΡΟΗΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΕΣ ΔΙΟΔΟΙ ΠΑΡΑΚΑΜΠΤΗΡΙΕΣ ΔΙΟΔΟΙ...80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ - ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ - ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Η ΠΑΡΟΥΣΙΑ ΤΩΝ ΑΠΕ ΣΤΟ ΕΓΧΩΡΙΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟ ΘΕΣΜΙΚΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ...83 ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 5 -

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 5.1 ΓΕΝΙΚΑ Ο ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΣΤΗ ΓΗ: ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗΣ Ή ΔΥΝΑΣΤΗΣ; ΜΕΡΙΚΕΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Η ΑΛΛΑΓΗ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ...91 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΚΟΝΑ Ε.1: ΟΙΚΙΑ ΜΕ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ...13 ΕΙΚΟΝΑ 1.1 :ΠΤΕΡΥΓΙΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΙΚΟΝΑ 1.2: ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ...21 ΕΙΚΟΝΑ 1.3: ΑΝΕΜΟΜΥΛΟΙ ΕΙΚΟΝΑ 1.4: ΤΡΟΠΙΚΟΣ ΑΝΕΜΟΣ...26 ΕΙΚΟΝΑ 2.1: ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΡΟΣ ΤΗ ΓΗ ΕΙΚΟΝΑ 2.2: ΗΛΙΑΚΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 3.1: ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΕΙΚΟΝΑ 3.2: ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΜΕ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΤΗΣ ΔΕΗ...71 ΕΙΚΟΝΑ 3.3: ΑΥΤΟΝΟΜΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 3.4: ΜΟΝΟΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΕΙΚΟΝΑ 3.5: ΠΟΛΥΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΕΙΚΟΝΑ 3.6: ΑΜΟΡΦΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΕΙΚΟΝΑ 3.7: ΕΝΤΑΞΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ PV ΣΕ ΕΝΑ ΚΤΙΡΙΟ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ THOREAU ΓΙΑ ΤΗ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ...75 ΕΙΚΟΝΑ 3.8: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ...78 ΕΙΚΟΝΑ 4.1: ΧΑΡΤΗΣ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΕΙΚΟΝΑ 5.1: ΕΞΩΤΙΚΑ ΝΗΣΙΑ...89 ΕΙΚΟΝΑ 5.2: ΝΕΚΡΗ ΦΥΣΗ...91 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1: ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 6 -

7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...93 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 7 -

8 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Μέσα από το θέμα «ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - ΑΝΑΓΚΑΙΟΤΗΤΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥΣ - ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ» αναπτύξαμε τα εξής θέματα: S Αιολική ενέργεια S Ηλιακή ενέργεια S Φωτοβολταϊκά S Την παρουσία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην Ελλάδα S Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Έως τώρα η εκμετάλλευση τους ήταν ελάχιστη, αν συγκριθεί με την παράλογη χρήση του πετρελαίου. Η αλόγιστη αυτή χρήση, μας οδήγησε στην ανάγκη εύρεσης, άλλης πηγής ενέργειας. Το περιβάλλον μαζί με τη βοήθεια του τεχνολογικού εξοπλισμού που διαθέτουμε, συνθέτουν πολλές εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Ο ήλιος, βασικό συστατικό της ύπαρξης ζωής στη Γη και όχι μόνο, με μια απλή σχετικά συνδεσμολογία, μας χαρίζει ποσά ενέργειας, που αρχίζουν να καλύπτουν το κενό που δημιουργεί η έλλειψη του πετρελαίου. Είναι σχεδόν ανεξάντλητη πηγή ενέργειας (σύμφωνα με επιστημονικές έρευνες, σε 4 δις. χρόνια, θα έχει εξαντληθεί η ενέργεια της), με μεγάλα χρονικά περιθώρια εκμετάλλευσης της. Από τα πρώτα χρόνια της ύπαρξης μας στη Γη, χρησιμοποιήσαμε την αιολική ενέργεια, ως κινησιουργό δύναμη. Στις μέρες μας την χρησιμοποιούμε ως βασική πηγή ενέργειας. Περιοχές που δεν έχουν φυσικά εμπόδια π.χ. βουνά, κρίνονται κατάλληλες για την εγκατάσταση ενός αιολικού πάρκου. Το φάσμα της εκμετάλλευσης τους είναι μεγάλο, οπότε μένει να παρακολουθήσουμε την εξέλιξη τους. Τα φωτοβολταϊκά παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, την οποία μπορούμε να αποθηκεύσουμε π.χ. σε μπαταρίες. Είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία, που κερδίζει «έδαφος» μέρα με τη μέρα. Έχουν μεγάλο εύρος εφαρμογών και καλύπτουν με επιτυχία μέρος της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας. Σε ότι αφορά την παρουσία τους στην Ελλάδα, γίνεται προσπάθεια ένταξής τους στο ενεργειακό δυναμικό. Ουσιαστικά βρισκόμαστε στην αρχή της προσπάθειας μας, παρόλα αυτά, αποτελούν σημαντικό μέρος της παραγόμενης ενέργειας. Τέλος, γίνεται αναφορά στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και στην αλλαγή του κλίματος στη Γη. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 8 -

9 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Ενεργειακό πρόβλημα Η παραγωγή ενέργειας αποτελεί μια από τις πρώτες δράσεις του ανθρώπου από τη στιγμή της εμφάνισής του στη γη. Ο κύριος σκοπός ήταν να έχει θέρμανση και φωτισμό. Σε επόμενο επίπεδο ο άνθρωπος θέλησε να εξυπηρετήσει και άλλες ανάγκες του (κυρίως τροφή, προστασία αλλά και επεξεργασία διαφόρων αντικειμένων). Η εξέλιξη των μεθόδων παραγωγής ενέργειας ακολουθεί παράλληλη πορεία με την ιστορία του ανθρώπινου γένους, αλλά και την επηρεάζει. Η πρώτη μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για παραγωγή ενέργειας είναι με τη χρήση της φωτιάς. Στη συνέχεια χρησιμοποιούνται οι ανανεώσιμες πηγές (νερό και άνεμος). Η εξέλιξη οδήγησε στη διαχείριση του ατμού με χρήση φυσικά θερμικών πηγών, κυρίως βιομάζας. Το ενεργειακό πρόβλημα μαζί με το πρόβλημα της μόλυνσης του περιβάλλοντος, έχουν αποκτήσει ιδιαίτερη σημασία και η επίλυση τους έχει γίνει επιτακτική σε παγκόσμιο επίπεδο. Το ενδιαφέρον, που έχει δημιουργηθεί για τον περιορισμό της κατανάλωσης ενέργειας από συμβατικά καύσιμα, ενισχύεται από την παράλληλη προσπάθεια περιορισμού των ρύπων που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα. Η μόλυνση του περιβάλλοντος από την καύση των ορυκτών καυσίμων στη βιομηχανία, στα αυτοκίνητα, στα κτίρια κλπ, έχει φτάσει σε επικίνδυνα όρια. Η συνεχιζόμενη κατανάλωση ή μάλλον σπατάλη των περιορισμένων αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων, τα οποία απαιτούν εκατομμύρια χρόνια για να ανανεωθούν, αποτελεί ανευθυνότητα για τις επόμενες γενεές, που αναγκαστικά θα στερηθούν αυτά τα υλικά για φαρμακευτικούς ή χημικούς σκοπούς. Οι προβλέψεις για τη διαθεσιμότητα και τη διάρκεια εκμετάλλευσης των γνωστών αποθεμάτων ή ακόμα και με το συνυπολογισμό της δυνατότητας ανεύρεσης νέων κοιτασμάτων, διαφέρουν σε ότι αφορά τον προσδιορισμό συγκεκριμένων καταλυτικών ημερομηνιών. Είναι πάντως κατανοητό, ότι η συνεχής εκμετάλλευση χωρίς την παράλληλη ανανέωση των κοιτασμάτων, δεν μπορεί παρά να οδηγήσει στη σταδιακή τους εξάντληση. Συγχρόνως όμως με τον περιορισμό των αποθεμάτων των συμβατικών καυσίμων και των πρώτων υλών για την παραγωγή ενέργειας, παρουσιάζεται μεγάλη αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας σε ολόκληρο τον κόσμο. Ιδιαίτερο πρόβλημα παρουσιάζεται από τη μεγάλη αύξηση κατανάλωσης ενέργειας σε χώρους του Τρίτου Κόσμου, λόγω της έντονης προσπάθειας σε αυτές τις χώρες να αυξηθεί το βιοτικό τους επίπεδο, που βρίσκεται στα κατώτερα δυνατά επίπεδα εδώ και δεκαετίες. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 9 -

10 Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη αύξηση της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων λόγω της χρήσης συμβατικών μεθόδων και συστημάτων παραγωγής ενέργειας, αφού οι χώρες αυτές δεν μπορούν να αντέξουν το κόστος της έρευνας για την ανάπτυξη νέων συστημάτων παραγωγής ενέργειας, ούτε διαθέτουν την απαιτούμενη υλικοτεχνική και ανθρώπινη υποδομή. Παράλληλα δημιουργούνται και έντονα περιβαλλοντικά προβλήματα από την καύση των συμβατικών καυσίμων, αφού ιδιαίτερα οι αναπτυσσόμενες χώρες δεν είναι σε θέση να αντέξουν το κόστος της προστασίας του περιβάλλοντος. Συνεπώς θα αυξήσουν τους ρυθμούς καύσης πετρελαίου και άνθρακα, θα επιταχύνουν την αποψίλωση δασών ή θα στραφούν στην πυρηνική ενέργεια. Αποτελεί επομένως επιτακτική ανάγκη η εξεύρεση τρόπων παραγωγής ενέργειας, που θα είναι ανεξάντλητες, περιβαλλοντικά ασφαλείς και διαθέσιμες παντού Ε.2 Συμβατικά καύσιμα για παραγωγή ενέργειας Ε.2.1 Στερεά ορυκτά Τα στερεά ορυκτά καύσιμα περιλαμβάνουν τους διάφορους τύπους γαιάνθρακα (λιγνίτη, κωκικάρβουνο). Σε μεγάλο βάθος από την επιφάνεια της γης δημιουργούνται κοιτάσματα από γαιάνθρακες ή λιθάνθρακες. Σε μικρό βάθος κοντά στην επιφάνεια της γης, δημιουργούνται κοιτάσματα λιγνίτη τα οποία σχηματίζονται στα πρώτα στάδια της ενανθράκωσης αμέσως μετά την τύρφη. Γαιάνθρακες: Οι γαιάνθρακες είναι το πλέον διαδεδομένο στερεό καύσιμο σε εφαρμογές παραγωγής θερμότητας. Οι γαιάνθρακες αποτελούνται από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο, θείο, νερό και μεταλλικά κατάλοιπα (τέφρα). Προέρχονται από φυτικά υποπροϊόντα μέσω μιας σειράς διεργασιών ενανθράκωσης. Οι διεργασίες αυτές είχαν ως αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό των φυτικών υποπροϊόντων σε άνθρακα, σε συνθήκες υψηλής πίεσης, θερμοκρασίας και απουσίας αέρα. Η μετατροπή των φυτικών ουσιών σε τύρφη και η μετάβαση από την τύρφη (αρχικό στάδιο ενανθράκωσης) στον ανθρακίτη (τελικό στάδιο ενανθράκωσης) καθορίζεται με τη γεωλογική ηλικία των γαιανθράκων που επηρεάζει τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους. Τα αποδεδειγμένα διαθέσιμα αποθέματα γαιανθράκων, τα οποία περιλαμβάνουν τις ποσότητες που είναι δυνατή η εκμετάλλευσή τους σχετικά με τα οικονομικά κριτήρια και τις διαθέσιμες τεχνολογίες, εκτιμούνται σε εκατ. τόνους, από τα οποία 30% βρίσκονται στις χώρες της Ασίας και στον Ειρηνικό, περίπου 24% στις ΗΠΑ και 23,4% στις χώρες της πρώην Σοβιετικής Ένωσης. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 10

11 Λιγνίτης: Ο λιγνίτης είναι ένα είδος οργανικού πετρώματος του οποίου το κύριο στοιχείο είναι ο άνθρακας. Είναι χαμηλότερης περιεκτικότητας σε άνθρακα από τον ανθρακίτη και υψηλότερης από την τύρφη. Προέρχεται από φυτά, η δε θερμική αξία του είναι μικρότερη από τον ανθρακίτη. Χρησιμοποιείται κυρίως στα ατμοηλεκτρικά εργοστάσια για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Άλλες χρήσεις του είναι για την παραγωγή οργανοχημικών λιπασμάτων, στη γεωργία, για την παραγωγή κωκ, κ.α. Το χρώμα του είναι καφέ-μαύρο και περιέχει 35 65% υγρασία. Τα συνολικά βεβαιωμένα γεωλογικά αποθέματα λιγνίτη στην Ελλάδα ανέρχονται σε περίπου 5 δις. τόνους, από τα οποία, με τα σημερινά τεχνικοοικονομικά δεδομένα τα κοιτάσματα που είναι κατάλληλα για ενεργειακή εκμετάλλευση, ανέρχονται σε περίπου 4 δις. Τόνους. Για το σχηματισμό ενός κυβικού μέτρου λιγνίτη, απαιτούνται περίπου χρόνια. Τα κυριότερα εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα λιγνίτη βρίσκονται στις περιοχές της ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ, ΑΜΥΝΤΑΙΟΥ και ΦΛΩΡΙΝΑΣ (2,5 δις τόνοι), στην περιοχή της ΔΡΑΜΑΣ (900 εκατ. τόνοι), στην περιοχή ΕΛΑΣΣΟΝΑΣ (150 εκατ. τόνοι) και στην ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟ (περιοχή ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ) υπάρχει λιγνιτικό κοίτασμα με απόθεμα 300 εκατ. τόνους. Υπάρχει επίσης και ένα μεγάλο κοίτασμα τύρφης στην περιοχή των ΦΙΛΙΠΠΩΝ (Ανατολική ο Μακεδονία), με εκμεταλλεύσιμα αποθέματα 4 δις. m3. Σημείωση: Η θερμογόνος ικανότητα των Ελληνικών λιγνιτών ( Kcal/Kg στις περιοχές ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ, ΑΜΥΝΤΑΙΟΥ και ΔΡΑΜΑΣ, Kcal/Kg στην περιοχή ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ και στις περιοχές ΦΛΩΡΙΝΑΣ και ΕΛΑΣΣΟΝΑΣ). Είναι 3-7 φορές μικρότερη από αυτή του λιθάνθρακα και 5-10 φορές μικρότερη από αυτή του πετρελαίου. Στην Ελλάδα, ο λιγνίτης αποτελεί την βασική πλουτοπαραγωγική πηγή (π.χ. ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ, ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ). Σημαντικό συγκριτικό πλεονέκτημα των λιγνιτών της χώρας μας είναι η χαμηλή περιεκτικότητα σε καύσιμο θείο. Ε.2.2 Πετρέλαιο Υγρό ορυκτό που αποτελεί κυρίως μείγμα υδρογονανθράκων και άλλων οργανικών ενώσεων φυσικής προέλευσης. Στην υγρή του μορφή είναι ελαιώδες και εύφλεκτο, έχει χαρακτηριστική οσμή, είναι αδιάλυτο στο νερό και ελαφρύτερο από αυτό. Η ακριβής του σύσταση παρουσιάζει μεγάλη ποικιλία, ανάλογα με την περιοχή άντλησής του, ενώ συχνά στις υπόγειες κοιλότητες, που βρίσκονται τα κοιτάσματά του συναντάται και φυσικό αέριο. Τα κύρια συστατικά του είναι αλκάνια (παραφίνες), κυκλοεξάνια (ναφθένια) και αρωματικοί υδρογονάνθρακες και σε μικρότερες ποσότητες οξυγονούχες, αζωτούχες και θειούχες ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 11

12 ενώσεις. Το πετρέλαιο αποτελεί το σημαντικότερο ορυκτό για την παγκόσμια οικονομία, καθώς αποτελεί την κύρια πρωτογενή πηγή ενέργειας και την πρώτη ύλη από την οποία παράγεται ένας τεράστιος αριθμός προϊόντων (πλαστικά, φάρμακα, καλλυντικά, απορρυπαντικά, φιλμ, μαγνητοταινίες, εκρηκτικά κ.λπ.). Σήμερα το πετρέλαιο αποτελεί σημαντική πρώτη ύλη στη βιομηχανία των πετροχημικών, αλλά τη μεγαλύτερη εφαρμογή βρίσκει στην παραγωγή ενέργειας, από την οποία εξαρτάται το παρόν και το μέλλον της παγκόσμιας οικονομίας. ΑΠΟΘΕΜΑΤΑ: Ακούμε συχνά ότι τα πετρελαϊκά αποθέματα δεν θα διαρκέσουν για πάντα και ότι, μέσα στα επόμενα 30 έως 100 χρόνια θα έχουν εξαντληθεί. Και όμως, αυτές οι εκτιμήσεις είναι υπερβολικά αισιόδοξες. Η πετρελαϊκή κρίση θα αρχίσει πολύ νωρίτερα. Δεν θα πρέπει να μας απασχολεί το πότε τελειώνουν τα αποθέματα, πότε δηλαδή θα αντληθεί από τη γη και η τελευταία σταγόνα πετρελαίου. Μικρά κοιτάσματα άλλωστε μπορεί να βρίσκουμε για εκατοντάδες χρόνια από τώρα. Το πιο σημαντικό ζήτημα είναι, πότε η αύξηση της παραγωγής δεν θα μπορεί πλέον να καλύψει την αύξηση της ζήτησης. Την ημέρα εκείνη θα γίνει κραχ στην αγορά, ακόμη και εάν υπάρχουν ακόμη τεράστια διαθέσιμα αποθέματα προς εκμετάλλευση. Ε.2.3 Φυσικό αέριο Το φυσικό αέριο είναι ένα προϊόν που υπάρχει σε κοιτάσματα μόνο του ή συνυπάρχει με κοιτάσματα πετρελαίου. Είναι μία "φυσική μορφή ενέργειας και μπορούμε να τη χρησιμοποιήσουμε χωρίς πολλή επεξεργασία. Το φυσικό αέριο είναι κυρίως μεθάνιο, δηλαδή ο ελαφρύτερος υδρογονάνθρακας, είναι πολύ καθαρό, χωρίς προσμίξεις και θειούχα συστατικά, και κάνει τέλεια καύση στις κατάλληλες συσκευές. Είναι το φιλικότερο συμβατικό καύσιμο στο περιβάλλον και στον άνθρωπο. Οφέλη φυσικού αερίου: Το φυσικό αέριο έχει ανταγωνιστικά τιμολόγια ως προς όλα τα συμβατικά καύσιμα. Είναι 20% πιο οικονομικό σε σχέση με το πετρέλαιο σε μηνιαία βάση και 60% σε σχέση με το ηλεκτρικό ρεύμα. Οδηγεί σε γρήγορη απόσβεση της επένδυσης. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 12

13 Η μέτρηση γίνεται με ακρίβεια από τις ενδείξεις του μετρητή, όπως ακριβώς και για τις καταναλώσεις της ΔΕΗ και της ΕΥΔΑΠ. Ο λογαριασμός πληρώνεται μετά την κατανάλωσή του σε αντίθεση με το πετρέλαιο που εξοφλείται κατά την παραλαβή, η πληρωμή των λογαριασμών του φυσικού αερίου πραγματοποιείται μετά την κατανάλωσή του. Έχει συνεχή ροή. Δεν απαιτείται αποθηκευτικός χώρος. Τα δίκτυα διανομής απαλλάσσουν από τα προβλήματα παραγγελίας, μεταφοράς, παραλαβής και αποθήκευσης. Το φυσικό αέριο κάνει καθαρή καύση χωρίς τις οσμές και τα υπολείμματα του πετρελαίου. Είναι πιο φυσικό στο περιβάλλον. Το φυσικό αέριο έχει τους χαμηλότερους ρύπους σε σχέση με όλα τα υπόλοιπα συμβατικά καύσιμα. Παράγει λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα. Επομένως όταν υποκαθιστά άλλα καύσιμα συμβάλλει στη μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Δεν περιέχει καθόλου θείο άρα δεν προκαλεί το φαινόμενο της όξινης βροχής. Η καύση του είναι καθαρή και πρακτικά δεν εκπέμπει αιθάλη και αιωρούμενα σωματίδια. Εικόνα Ε.1: Οικία με φυσικό αέριο ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 13

14 Το φυσικό αέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί: Στο σπίτι S κεντρική θέρμανση της πολυκατοικίας S ατομική θέρμανση του διαμερίσματός ή της μονοκατοικίας S μαγείρεμα S ζέσταμα νερού S κλιματισμός Στην επιχείρηση S Θέρμανση ^Μαγείρεμα S παραγωγή ζεστού νερού S παραγωγή ατμού S κλιματισμός S συμπαραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας Στη βιομηχανία S κάλυψη θερμικών αναγκών για όλες τις παραγωγικές διαδικασίες S συμπαραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 14

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 Γενικά Η αιολική ενέργεια είναι η κινητική ενέργεια του κινούμενου αέρα. Η ακανόνιστη θέρμανση της επιφάνειας της γης από τον ήλιο προκαλεί τους ανέμους. Η θερμότητα που απορροφάται από το έδαφος ή το νερό μεταφέρεται στον αέρα, όπου προκαλεί διαφορές στη θερμοκρασία, την πυκνότητα και την πίεση του. Με τη σειρά τους, οι διαφορές αυτές προκαλούν δυνάμεις που ωθούν τον αέρα ολόγυρα. Σύμφωνα με τη μηχανική των ρευστών, ο αέρας κινείται από τις υψηλής πίεσης προς τις χαμηλής πίεσης περιοχές του πλανήτη. Ο ατμοσφαιρικός αέρας, ο οποίος περιβάλλει την Γη, βρίσκεται σε διαρκή κίνηση, εξ αιτίας μιας σειράς παραμέτρων οι οποίες είναι: Η ηλιακή ακτινοβολία Η ανομοιογένεια του ανάγλυφου του εδάφους Η περιστροφική κίνηση της γης γύρω από τον άξονα της. Εκτιμάται ότι ποσοστό, το οποίο κυμαίνεται μεταξύ 1.5% έως 2.5% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας, μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια αερίων μαζών στην ατμόσφαιρα. Από θερμοδυναμικής απόψεως, η ενέργεια αυτή είναι υψηλής ποιότητας και για αυτό τον λόγο προσφέρεται ιδιαίτερα για μετατροπή σε ηλεκτρική ή χρήσιμη μηχανική ενέργεια. Αυτό δεν αποκλείει βέβαια τη δυνατότητα να αξιοποιηθεί και για άλλες χρήσεις, όπως η προστασία θερμοκηπίων από τον παγετό κ.λ.π. Ο άνεμος, σαν πηγή ενέργειας χρησιμοποιήθηκε από την αρχαιότητα, για την κίνηση πλοίων και την άντληση νερού, καθώς και για την λειτουργία μηχανών, όπως μύλοι άλεσης. Η χρήση του όμως άρχισε να ατονεί περίπου στις αρχές του αιώνα, περίοδο άφθονων και φτηνών καυσίμων, για να αναβιώσει με την πρώτη πετρελαϊκή κρίση των αρχών της δεκαετίας του '70. Στο πλαίσιο αυτό διατέθηκαν κονδύλια για την έρευνα και κατασκευή σύγχρονων αιολικών μηχανών, καθώς και για τη διερεύνηση των δυνατοτήτων εφαρμογής της τεχνολογίας αυτής, μέσω του υπολογισμού του αιολικού δυναμικού. Σήμερα στην Ευρώπη υπολογίζεται ότι το συνολικό εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό είναι περίπου ίσο με το μισό της κατανάλωσης ηλεκτρισμού της Ευρωπαϊκής Ένωσης. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 15

16 Εικόνα 1.1: Πτερύγια ανεμογεννήτριας Η τεχνολογία των συνδεδεμένων με το δίκτυο Α/Γ έχει φθάσει σε τέτοιο επίπεδο ωριμότητας, ώστε η αιολική ενέργεια να ανταγωνίζεται οικονομικά άλλες μορφές ενέργειας, σε περιοχές με ευνοϊκές συνθήκες. Αναμένεται δε, ότι κατά την περίοδο 2005 έως 2010, η παραγωγή ηλεκτρισμού από την αιολική ενέργεια θα είναι πλήρως ανταγωνιστική με εκείνη από θερμικούς και πυρηνικούς σταθμούς. Όπως και οι άλλες ανανεώσιμες μορφές ενέργειας, η αιολική ενέργεια είναι καθαρή και ασφαλής. Οι Α/Γ δεν εκλύουν αέρια που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το εξωτερικό και κοινωνικό κόστος της αιολικής ενέργειας είναι ιδιαίτερα χαμηλό. Επίσης, η διάλυση και απομάκρυνση πεπαλαιωμένων αιολικών μονάδων ηλεκτροπαραγωγής (ή όπως συνηθέστερα αποκαλούνται - αιολικών πάρκων) δεν συνοδεύεται από κόστη αποκατάστασης της περιοχής, δεδομένου ότι δεν συνοδεύεται από οικολογικές επιπτώσεις, όπως στην περίπτωση των θερμικών ή πυρηνικών σταθμών. Σήμερα η αιολική ενέργεια αποτελεί μία μορφή ενέργειας ανταγωνιστική και με προοπτικές. Η επιστημονική έρευνα παρ' όλα αυτά συνεχίζεται, γιατί είναι απαραίτητη η περαιτέρω εξέλιξη της τεχνολογίας καθώς και η βελτίωση της διεθνούς ανταγωνιστικότητας της Ευρωπαϊκής βιομηχανίας αιολικών μηχανών. Το θεωρητικό αιολικό δυναμικό της Ευρώπης, θα μπορούσε να καλύψει τις συνολικές ανάγκες της σε ηλεκτρισμό. Το εκμεταλλεύσιμο δυναμικό μπορεί να καλύψει τις μισές ανάγκες σε ηλεκτρισμό των χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Μεταξύ των πλέον πρόσφορων περιοχών της Ευρώπης για την εγκατάσταση αιολικών μηχανών, συγκαταλέγεται και η πλειοψηφία των Ελληνικών νησιών. Η ισχύς των αιολικών μηχανών πανευρωπαϊκά αυξάνεται συνεχώς: στις αρχές της δεκαετίας του '80 ήταν περί τα 50 kw ενώ σήμερα υπάρχουν εγκατεστημένες μηχανές ισχύος 500 έως 800 kw, ενώ δοκιμαστικά έχουν εγκατασταθεί και μηχανές ισχύος kw. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 16

17 Η συνολικά εγκατεστημένη ισχύς παγκοσμίως κατά τα τέλη του 1994 ήταν 3700 MW, εκ των οποίων τα 1700 MW στις ΗΠΑ και τα 1650 στην Ευρώπη. Την ίδια περίοδο, η Ευρωπαϊκή βιομηχανία παρήγαγε 550 MW από αιολικές μηχανές ετήσιας, ονομαστικής ισχύος μεταξύ 100 έως 750 kw. 1.2 Αιολικές μηχανές Είναι οι διατάξεις που μετατρέπουν την αιολική ενέργεια σε ηλεκτρισμό ή σε δυναμική ενέργεια άλλου σώματος (π.χ. απ ευθείας άντληση νερού). Κατά τις διάφορες φάσεις της ιστορίας τους αναπτύχθηκαν διάφοροι τύποι αιολικών μηχανών. Τα χαρακτηριστικά που τις διαφοροποιούν είναι η κατεύθυνση του άξονα περιστροφής και ο αριθμός των πτερυγίων. Οι βασικές κατηγορίες είναι αυτή του οριζόντιου άξονα, (η συνηθέστερη) και αυτή του κατακόρυφου άξονα. Οι μηχανές οριζόντιου άξονα έχουν ένα ή περισσότερα πτερύγια. Οι σύγχρονες αιολικές μηχανές έχουν συνήθως δύο πτερύγια και είναι οριζόντιου άξονα, ο οποίος είναι τοποθετημένος επάνω σε ένα κατακόρυφο ιστό. Η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των πτερυγίων του ρότορα απετέλεσε αντικείμενο έρευνας σειράς ερευνητικών προγραμμάτων. Το σχήμα της πτέρυγας και η γωνία την οποία σχηματίζει με τη σχετική διεύθυνση του ανέμου επηρεάζουν την αεροδυναμική συμπεριφορά της. Οι πτέρυγες τοποθετούνται είτε στην προσήνεμη είτε στην υπήνεμη πλευρά της ατράκτου και του πύργου. Όταν είναι τοποθετημένες στην προσήνεμη πλευρά, τότε δέχονται τον άνεμο, χωρίς αυτός να έχει διαταραχθεί από την ύπαρξη του πύργου. Η τοποθέτηση των πτερυγίων στην υπήνεμη πλευρά επιτρέπει τον αυτόματο προσανατολισμό του ρότορα στην κατεύθυνση του ανέμου, αλλά διαταράσσει την ροή του ανέμου και προκαλεί τυρβώδη κίνηση σ αυτόν, πριν αυτός συναντήσει τον ρότορα. Η διάρκεια ζωής του ρότορα εξαρτάται από τα μεταβλητά φορτία και τις περιβαλλοντικές συνθήκες, στις οποίες αυτός εκτίθεται. Για το λόγο αυτό οι μηχανικές ιδιότητες του ρότορα και ο σχεδιασμός του καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τη διάρκεια λειτουργίας του. Ο ρότορας κατασκευάζεται είτε από ξύλο, είτε από συνθετικά υλικά (πολυεστέρα ή υλικά, ενισχυμένα από υαλονήματα), είτε από μέταλλα (κυρίως χάλυβα ή κράματα αλουμινίου). Η άτρακτος περικλείει τα μηχανικά μέρη του ρότορα και τα στοιχεία ηλεκτροπαραγωγής, καθώς επίσης και το μηχανισμό προσανατολισμού της και ενδεχόμενα συστήματα ελέγχου. Αυτά τα επιμέρους τμήματα είναι τα ακόλουθα: ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 17

18 Κύριος άξονας: Ο ρόλος του είναι να μεταφέρει την κίνηση από τις πτέρυγες στο κιβώτιο ταχυτήτων. Λόγω των ιδιαιτέρως σημαντικών ροπών που αναπτύσσονται σ αυτόν, αποτελεί ένα από τα πλέον ευαίσθητα τμήματα των αιολικών μηχανών. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να ελέγχεται σχολαστικά πριν την τοποθέτηση του. Δισκόφρενο: Τοποθετείται είτε στον κύριο άξονα, πριν το κιβώτιο ταχυτήτων, είτε στον άξονα υψηλής ταχύτητας, μετά από αυτό. Η δεύτερη αυτή επιλογή έχει το πλεονέκτημα ότι απαιτεί μικρότερου μεγέθους, άρα και φθηνότερο, δισκόφρενο για την επιβράδυνση του ρότορα. Έχει όμως το μειονέκτημα να μην μπορεί να ελεγχθεί ο ρότορας σε περίπτωση φθοράς του κιβωτίου ταχυτήτων. Κιβώτιο ταχυτήτων: Η ηλεκτρική ενέργεια η οποία παράγεται από την αιολική μηχανή, θα πρέπει να είναι συμβατή με τη συχνότητα και την τάση του συμβατικού ηλεκτρικού δικτύου. Η συχνότητα των περισσοτέρων δικτύων κυμαίνεται μεταξύ Hz, ενώ η συχνότητα περιστροφής του ρότορα είναι περίπου 0,5 Hz. Η αύξηση της συχνότητας περιστροφής γίνεται με το συνδυασμό ενός κιβωτίου ταχυτήτων και μιας ηλεκτρογεννήτριας πολλαπλών πόλων. Η προσθήκη του κιβώτιου ταχυτήτων μειώνει την απόδοση της αιολικής μηχανής, λόγω πρόσθετων απωλειών. Η χρήση του μπορεί να αποφευχθεί εφόσον χρησιμοποιηθούν ειδικές ηλεκτρογεννήτριες χαμηλών στροφών. Αυτές όμως χρειάζονται πολύ μεγάλο ρότορα και στάτορα, ώστε να ενσωματώσουν τους 50 περίπου πόλους, που απαιτούνται για την επίτευξη της επιθυμητής συχνότητας. Ηλεκτρογεννήτρια: Μετατρέπει την κινητική ενέργεια του ρότορα σε ηλεκτρισμό. Η έξοδος της πρέπει να είναι συμβατή με το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, εφόσον η αιολική μηχανή προορίζεται να λειτουργήσει διασυνδεδεμένη με το δίκτυο, ή με τις τοπικές ανάγκες κατανάλωσης, εφόσον λειτουργήσει σαν αυτόνομο σύστημα. Οι μικρού μεγέθους αιολικές μηχανές διαθέτουν ηλεκτρογεννήτριες συνεχούς ρεύματος, που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές χαμηλής τάσεως (συνήθως 12 volt). Το συνεχές αυτό ρεύμα μπορεί να αποθηκευτεί φορτίζοντας συσσωρευτές ή να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο με τη βοήθεια ειδικής διάταξης και να συνδεθεί με το δίκτυο διανομής. Για τις μηχανές που είναι εφοδιασμένες με γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος και οι οποίες πρόκειται να χρησιμοποιηθούν διασυνδεδεμένες με το δίκτυο, πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε το παραγόμενο ρεύμα να μην εμφανίζει διαφορά φάσης με αυτό του δικτύου. Πολλές αιολικές μηχανές συνδεδεμένες με το δίκτυο, διαθέτουν επαγωγικές γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος στις οποίες το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται με τη βοήθεια του ρεύματος του δικτύου. Με τον τρόπο αυτό η συχνότητα του παραγόμενου ρεύματος είναι ίδια με αυτήν του δικτύου. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 18

19 Διάταξη προσανατολισμού: Είναι φανερό ότι η βέλτιστη λειτουργία μιας αιολικής μηχανής απαιτεί το συνεχή προσανατολισμό της προς τη διεύθυνση του ανέμου. Οι μηχανές με τα πτερύγια στην προσήνεμη πλευρά χρησιμοποιούν διαφορετικά συστήματα προσανατολισμού, ανάλογα με το μεγέθος τους. Μικρές μηχανές (ισχύος έως 25 kw) διαθέτουν παθητικό σύστημα προσανατολισμού, το οποίο αποτελείται συνήθως από πτερύγια τοποθετημένα στο ουραίο τμήμα της ατράκτου. Οι μεγαλύτερες μηχανές διαθέτουν ηλεκτρικό σύστημα προσανατολισμού, που ενεργοποιείται μόλις αισθητήρες διαγνώσουν αλλαγή της διεύθυνσης του ανέμου, ώστε να προσανατολίσουν την άτρακτο στην σωστή διεύθυνση. Μηχανές με τα πτερύγια στην υπήνεμη πλευρά προσανατολίζονται παθητικά αυτομάτως, χωρίς να απαιτούνται πτερύγια ή ηλεκτρικός μηχανισμός. Πύργος στήριξης: Χρησιμεύει για να μπορεί να τοποθετηθεί η άτρακτος και ο ρότορας σε τέτοιο ύψος, στο οποίο η ταχύτητα του ανέμου είναι σημαντικά μεγαλύτερη και λιγότερο τυρβώδης από ότι κοντά στο έδαφος. Το ύψος των σύγχρονων πύργων στήριξης μπορεί να υπερβαίνει και τα 50m. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να είναι σχεδιασμένοι, ώστε να αντέχουν διάφορα φορτία όπως λόγω βάρους, λόγω περιστροφικών κινήσεων και αιφνιδίων μεταβολών της ταχύτητας του ανέμου. Πρέπει επιπλέον να μπορούν να αντέξουν την επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών για την διάρκεια ζωής της μηχανής, που είναι μεγαλύτερη της εικοσαετίας. Οι πύργοι χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: τους σταθερούς και τους ανακλινόμενους. Οι σταθεροί διακρίνονται με την σειρά τους σε κυλινδρικούς και δικτυωτούς. Οι κυλινδρικοί κατασκευάζονται είτε από χάλυβα είτε από σκυρόδεμα. Οι πύργοι από σκυρόδεμα έχουν μικρότερη ελαστικότητα σε σχέση με τους μεταλλικούς και για τον λόγο αυτό αποσβένουν τους θορύβους που προκαλούν οι διάφορες περιστροφικές κινήσεις, μειώνοντας έτσι το θόρυβο που προκαλείται κατά τη λειτουργία της μηχανής. Οι δικτυωτοί πύργοι είναι ανάλογοι με τους πυλώνες διανομής ηλεκτρισμού. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν συχνά για τη στήριξη μηχανών μέσου και μεγάλου μεγέθους, αλλά σήμερα και κυρίως στην Ευρωπαϊκή Ένωση έχουν σταματήσει να χρησιμοποιούνται λόγω της αισθητικής τους. Οι ανακλινόμενοι πύργοι έχουν το πλεονέκτημα ότι επιτρέπουν τη συντήρηση της αιολικής μηχανής στο έδαφος. Μειονέκτημά τους είναι αφενός ότι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη στήριξη μεγάλων μηχανών και αφετέρου ότι απαιτούν για τη στήριξή τους συρματόσχοινα, που επειδή εκτείνονται σε μεγάλη διάμετρο γύρω από τον πύργο, δεν επιτρέπουν την τοποθέτηση τους σε καλλιεργήσιμες περιοχές. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 19

20 1.3 Αιολικά πάρκα - Τεχνολογία - Αιολική διείσδυση Τα αιολικά πάρκα αποτελούνται από σειρές Α/Γ που διασυνδέονται ηλεκτρικά ώστε η ισχύς τους να αποδίδεται στο δίκτυο της εταιρίας ηλεκτρισμού. Από την άποψη της ροής ηλεκτρικής ισχύος, ένα αιολικό πάρκο λειτουργεί παράλληλα με το συμβατικό δυναμικό παραγωγής της εταιρείας ηλεκτρισμού για την κάλυψη των απαιτήσεων σε ισχύ του συνδεδεμένου φορτίου. Οι σειρές μπορεί να αποτελούνται από εκατοντάδες μηχανών, με ένα συνδυασμένο δυναμικό ισχύος του αιολικού πάρκου της τάξης των εκατοντάδων MW. Σχεδόν πάντοτε οι συμβατικές πηγές παρέχουν το μεγαλύτερο μέρος της ισχύος που απαιτείται από το φορτίο. Γενικά, η αναλογία του δυναμικού αιολικής παραγωγής προς το συνολικό δυναμικό (αιολικό συν συμβατικό), που εξυπηρετεί ένα ηλεκτρικό φορτίο σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή υπολογίζεται από την αιολική διείσδυση WP: WP = Αιολικό Δυναμικό / Αιολικό Δυναμικό + Συμβατικό Δυναμικό Για παράδειγμα, υποτίθεται ότι σε μία δεδομένη στιγμή της ημέρας το ηλεκτρικό φορτίο είναι 1,100 MW και ότι η ζήτηση αυτή καλύπτεται από συνδυασμό αιολικών και συμβατικών πηγών ηλεκτροπαραγωγής. Εάν το υφιστάμενο αιολικό δυναμικό είναι 100 MW και το συμβατικό δυναμικό 1000 MW, τότε σε αυτή τη χρονική στιγμή η τιμή της αιολικής διείσδυσης θα είναι 0,0909 ή 9,1%. Με την τρέχουσα ηλεκτρική τεχνολογία των Α/Γ, η μέγιστη τιμή αιολικής διείσδυσης με την οποία τα περισσότερα ηλεκτρικά συστήματα είναι ασφαλή κυμαίνεται μεταξύ 10 και 15%. Το πάνω όριο στην ποσότητα της αιολικής ενέργειας που μπορεί να απορροφηθεί από ένα ηλεκτρικό σύστημα, αντικατοπτρίζει τις ανησυχίες γύρω από τα τεχνικά χαρακτηριστικά της ισχύος που παρέχεται από το αιολικό σύστημα, που είναι η ποιότητα ισχύος. Ειδικότερα, η ανησυχία σχετίζεται με την επίδραση της χρονικά μεταβαλλόμενης αιολικά παραγόμενης ισχύος στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια της τάσης και της συχνότητας της συνδυασμένης ισχύος που παρέχεται στο φορτίο. Η αποδεκτή τιμή διείσδυσης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, μεταξύ των οποίων είναι οι λεπτομέρειες της αιολικής τεχνολογίας, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των συμβατικών πηγών παραγωγής και η δυναμικότητα και το μήκος των γραμμών μεταφοράς που συνδέουν τις πηγές με το φορτίο. Το άνω όριο στην ποσότητα της αιολικής ενέργειας, που μπορεί να συνδυαστεί με τις συμβατικές πηγές δεν αποτελεί αυστηρό περιορισμό και η τιμή του θα αυξηθεί με την απόκτηση περισσότερης λειτουργικής εμπειρίας, τις αλλαγές της τεχνολογίας ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 20

21 και την πιο στενή συσχέτιση των συστημάτων ελέγχου των αιολικών και των συμβατικών πηγών. Εικόνα 1.2: Αιολικό πάρκο Η εντατική ανάπτυξη των συστημάτων αυτών τα προηγούμενα 15 έτη οδήγησε στην αύξηση του μοναδιαίου μεγέθους τους (τελευταία, οι δυναμικότητες ισχύος των Α/Γ που σχεδιάζονται πρωτίστως για χρήση σε αιολικά πάρκα κυμαίνονται από περίπου 300 KW έως 1,5 MW, με τις αντίστοιχες διαμέτρους δρομέων να κυμαίνονται από 35 έως 65m) καθώς και στη θεαματική βελτίωση της αξιοπιστίας και των οικονομικών τους. Τα οικονομικά των διασυνδεδεμένων αιολικών συστημάτων μεγάλης κλίμακας προσεγγίζουν σήμερα εκείνα κάποιων συμβατικών συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής. Σε περίπτωση που το Cp φθάσει το θεωρητικό του μέγιστο (όριο Betz) η ταχύτητα του ανέμου v2 πίσω από το δρομέα είναι μόνο το 1/3 της ταχύτητας v1μπροστά από αυτόν. Έτσι, οι Α/Γ που εγκαθίστανται σε ένα αιολικό πάρκο παράγουν λιγότερη ενέργεια λόγω της μείωσης της ταχύτητας του ανέμου που προκαλείται από τις Α/Γ που βρίσκονται μπροστά τους. Οι απώλειες ενέργειας μπορούν να μειωθούν με την αύξηση της απόστασης μεταξύ των Α/Γ, καθώς ο άνεμος πίσω από μια Α/Γ θα επιταχυνθεί ξανά από το περιβάλλον αιολικό πεδίο. Ένα καλά σχεδιασμένο αιολικό πάρκο μπορεί να εμφανίζει λιγότερο από 10% απώλειες λόγω των φαινόμενων αμοιβαίας αλληλεπίδρασης. Όμως υπάρχει ένα εύρος μεγεθών των Α/Γ, έτσι υπάρχει και ένα εύρος μεγεθών των αιολικών πάρκων. Τα μεγάλα πάρκα της California είναι στο ένα άκρο αυτού του φάσματος, με το άλλο άκρο να αντιστοιχεί σε μια μικρή συστοιχία Α/Γ, που εξυπηρετεί μια δημοτική εταιρεία ηλεκτρισμού, ένα συνεταιριστικό αγρόκτημα ή μια βιομηχανική μονάδα. Ανεξάρτητα από το μέγεθος, τα βασικά χαρακτηριστικά ενός αιολικού πάρκου είναι ότι: ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 21

22 1. οι Α/Γ διασυνδέονται σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο, 2. το αιολικό δυναμικό παραγωγής συνήθως αποτελεί εν γένει μικρό ποσοστό του συμβατικού δυναμικού που τροφοδοτεί το φορτίο του ηλεκτρικού συστήματος (χαμηλές τιμές αιολικής διείσδυσης) και 3. οι Α/Γ απαιτούν κάποιου είδους ηλεκτρική υποστήριξη από το ηλεκτρικό δίκτυο. Ανάλογα με τις λεπτομέρειες της γεννήτριας και των άλλων ηλεκτρικών τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται σε μια Α/Γ, η υποστήριξη μπορεί να κυμαίνεται από μια απλή αναφορά στη συχνότητα (για το συγχρονισμό του αιολικά παραγόμενου ηλεκτρισμού, με αυτόν των συμβατικών πηγών) μέχρι την κατανάλωση άεργης ισχύος (απαιτείται για τη λειτουργία των γεννητριών των Α/Γ). Ανεξάρτητα από το μέγεθος του αιολικού πάρκου, χρησιμοποιούνται τυποποιημένες ηλεκτρικές τεχνικές και συνιστώσες (π.χ. μετασχηματιστές και προστατευτικός εξοπλισμός διανομής) για τη σύνδεση των Α/Γ με το δίκτυο. Η Α/Γ αποτελεί τη μόνη μη - τυποποιημένη ηλεκτρική συνιστώσα. 1.4 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Οι περιβαλλοντικές επιδράσεις της αιολικής ενέργειας έχουν διερευνηθεί εκτενώς στην Ευρώπη αλλά και στις ΗΠΑ. Οι διάφορες έρευνες απέδειξαν ότι η αιολική είναι μια καθαρή και ασφαλής μορφή ενέργειας. Εκπομπές στην ατμόσφαιρα. Δεν υπάρχουν άμεσες εκπομπές στην ατμόσφαιρα, που να οφείλονται στη λειτουργία των αιολικών μηχανών. Οι έμμεσες εκπομπές, που οφείλονται στην κατανάλωση ενέργειας για την κατασκευή και συναρμολόγηση, τη μεταφορά, την τοποθέτηση και τη διάλυση μιας αιολικής μηχανής, εξαρτώνται από το είδος της χρησιμοποιούμενης πρωτογενούς ενέργειας. Ενεργειακό ισοζύγιο. Η ενέργεια η που καταναλώνεται για την κατασκευή και συναρμολόγηση, τη μεταφορά, την τοποθέτηση και τη διάλυση μιας αιολικής μηχανής, αποσβένεται σε χρονικό διάστημα μικρότερο των 6 μηνών λειτουργίας της μηχανής. Κοινωνικό κόστος και αποζημιώσεις. Ο αιολικός ηλεκτρισμός έχει πολύ χαμηλό εξωτερικό και κοινωνικό κόστος και δεν απαιτούνται αποζημιώσεις και έξοδα αποκατάστασης κατά τη διάλυση παλαιών μηχανών ή αιολικών πάρκων. Σχεδόν όλα τα τμήματα των σύγχρονων αιολικών μηχανών είναι ανακυκλώσιμα. Χρήση γης. Τα αιολικά πάρκα έχουν το πλεονέκτημα ότι επιτρέπουν την διπλή χρήση γης. Το 99% της συνολικής επιφάνειας, που καλύπτει ένα αιολικό πάρκο, μπορεί είτε να ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 22

23 καλλιεργηθεί είτε να παραμείνει ένα ζωντανό φυσικό οικοσύστημα. Η αιολική ενέργεια είναι χαμηλής πυκνότητας και γι αυτό το λόγο οι αιολικές μηχανές κατανέμονται σε μεγάλες εκτάσεις. Ένας τυπικός κανόνας για την κάλυψη αυτή είναι 0,08 έως 0,13 km2m W. Η ύπαρξη των αιολικών μηχανών δεν επιδρά στη χλωρίδα και την πανίδα. Θόρυβοι. Ο θόρυβος μιας αιολικής μηχανής προέρχεται από δύο αίτια: μηχανικά και αεροδυναμικά. Και τα δύο αίτια είναι συναρτήσεις της ταχύτητας του ανέμου. Αναλύσεις έχουν δείξει ότι σε μηχανές με διάμετρο ρότορα έως 20m, υπερτερούν οι μηχανικοί θόρυβοι, ενώ σε μεγαλύτερες διαμέτρους υπερτερούν οι αεροδυναμικοί. Η επιτρεπόμενη ένταση του θορύβου εξαρτάται από τους κανονισμούς κάθε κράτους. Στην Ολλανδία δεν επιτρέπεται ο θόρυβος των μηχανών, που γειτνιάζουν με κατοικημένες περιοχές, να Λ υπερβαίνει τα 40 db, για ταχύτητες 5-7m.s. Στην Ευρώπη πρέπει οι αιολικές μηχανές να απέχουν από τις κατοικημένες περιοχές τουλάχιστον m. Επίδραση στο τοπίο. Δεδομένου ότι οι σύγχρονες αιολικές μηχανές έχουν ύψος περί τα 40m και μήκος πτερυγίων 20m, αλλοιώνουν το τοπίο. Η αλλοίωση όμως αυτή είναι δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί και δεν θα πρέπει να επιβαρύνει μόνο τις αιολικές μηχανές, δεδομένου ότι είναι ανάλογη με αυτή την οποία προκαλούν οι πυλώνες υπέρ υψηλής τάσης. Προσοχή πρέπει να δίδεται στην κινούμενη σκιά, που προκαλείται κατά την περιστροφή του ρότορα, ειδικά όταν είναι κοντά σε κατοικημένες περιοχές ή χώρους εργασίας. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να προβλεφθεί με την κατάλληλη χωροταξική τοποθέτηση των μηχανών. Επίδραση στα πτηνά. Μελέτες που έγιναν στη Γερμανία, την Ολλανδία, τη Δανία και το Ηνωμένο Βασίλειο καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι οι αιολικές μηχανές δεν αποτελούν απειλή για τα πτηνά, δεδομένου ότι η θνησιμότητα τους η οφειλόμενη σε αυτές, αποτελεί ένα μικρό μόνο κλάσμα της συνολικής τους θνησιμότητας. Μόνο μεμονωμένα προβλήματα έχουν αναφερθεί, όπως αυτό του αιολικού πάρκου της Tarifa στην Ισπανία, κοντά στα στενά του Γιβραλτάρ, που παρεμβάλλεται σε μία από τις διαδρομές των αποδημητικών. Προσοχή απαιτείται σε μηχανές οι οποίες τοποθετούνται σε παράκτιες περιοχές, όπου μπορεί να ενοχλήσουν την ανάπτυξη και τις φωλιές ορισμένων πτηνών. Παρεμβολές στις τηλεπικοινωνίες. Οι αιολικές μηχανές μπορούν σε ορισμένες περιπτώσεις να προκαλέσουν παρεμβολές στις τηλεπικοινωνίες, δεδομένου ότι σκεδάζουν και ανακλούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Για το λόγο αυτό αποφεύγεται η δημιουργία αιολικών πάρκων σε περιοχές, όπου είναι δυνατόν να υπάρξουν τέτοιες παρεμβολές. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 23

24 Ασφάλεια προσωπικού. Τα ατυχήματα ανθρώπων σε αιολικά πάρκα είναι σπάνια και δεν έχουν καταγραφεί μέχρι σήμερα τραυματισμοί από πτερύγια μηχανών ή λόγω πτώσης πάγου από τις μηχανές. Οι ασφαλιστικές εταιρίες των ΗΠΑ, όπου υπάρχει μακρόχρονη εμπειρία λειτουργίας μεγάλων αιολικών πάρκων κατατάσσουν την αιολική βιομηχανία σαν ιδιαίτερα ασφαλή, σε σχέση με τις υπόλοιπες ενεργειακές βιομηχανίες. 1.5 Άνεμος Ο ατμοσφαιρικός αέρας, λόγω των αιτιών που προαναφέραμε, κινείται προς διάφορες κατευθύνσεις. Η μετακίνηση αυτή αποκαλείται άνεμος. Δηλαδή με τον όρο αυτό εννοείται κάθε κίνηση του ατμοσφαιρικού αέρα, που έχει κάποια σχετική κίνηση ως προς το έδαφος. Αν αναλύσουμε την ταχύτητα του ανέμου σε καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, θα διαπιστώσουμε ότι στην τροπόσφαιρα και ιδιαίτερα στα χαμηλότερα ύψη της, η σημαντικότερη συνιστώσα είναι η οριζόντια. Για το λόγο αυτό, ο όρος άνεμος δηλώνει συνήθως την οριζόντια συνιστώσα, εξαιρώντας την κατακόρυφη Διεύθυνση και Ταχύτητα Ανέμου Εικόνα 1.3: Ανεμόμυλοι Ο άνεμος χαρακτηρίζεται από τη διεύθυνση και την ταχύτητα του. Η διεύθυνση του ανέμου σε ένα τόπο ορίζεται σαν το σημείο του ορίζοντα από το οποίο πνέει ο άνεμος. Η ένταση του ανέμου εκφράζεται με την ταχύτητα του ή με την πίεση που αυτός ασκεί στην επιφάνεια των σωμάτων. Η πίεση και η ταχύτητα του ανέμου συνδέονται με την σχέση: P=k U2 Όπου k είναι μια σταθερά αναλογίας, που εξαρτάται από την πυκνότητα του ανέμου, καθώς και από το σχήμα της επιφάνειας. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 24

25 1.5.2 Ανοδικός - Καθοδικός Άνεμος Ο ατμοσφαιρικός αέρας κινείται και κατά την κατακόρυφη συνιστώσα. Αν η κίνηση είναι προς τα επάνω, τότε η κίνηση ονομάζεται ανοδική και ο άνεμος ανοδικός, ενώ εάν αυτή είναι προς τα κάτω, η κίνηση ονομάζεται καθοδική και ο άνεμος καθοδικός. 1.6 Γενεσιουργό αίτια του ανέμου Ο άνεμος δημιουργείται λόγω των διαφορών πιέσεων μεταξύ των διαφόρων σημείων του πλανήτη. Το αίτιο που προκαλεί αυτές τις διαφορές πίεσης είναι η ανομοιογενής θέρμανση της γης από τον ήλιο. Η επιφάνεια της γης απορροφά μεγαλύτερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας στην περιοχή του Ισημερινού απ ότι στους πόλους. Το γεγονός αυτό προκαλεί διαφορές θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα τη μετάδοση θερμότητας με μεταφορά (κίνηση του αέρα) στο χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, την τροπόσφαιρα. Επιπλέον, η περιστροφή της γης περί τον άξονα της περιπλέκει τη μεταφορά αυτή. Οι περιοχές της γης στις οποίες ο αέρας θερμαινόμενος ανεβαίνει προς τα επάνω είναι ζώνες χαμηλής πίεσης, ενώ σε εκείνες στις οποίες ο αέρας ψυχόμενος κατεβαίνει προς το έδαφος, είναι ζώνες υψηλής πίεσης. Αυτή η διαφορά πιέσεων (βαροβαθμίδα) προκαλεί τη ροή του αέρα από την ζώνη υψηλής πίεσης προς την ζώνη χαμηλής πίεσης προκαλώντας τον άνεμο. Στην κίνηση αυτή του ανέμου επιδρά και η δύναμη Coriolis, λόγω της περιστροφής της γης, με αποτέλεσμα ο άνεμος να κινείται με περίπου σταθερή ταχύτητα κατά μήκος των ισοβαρών (γραμμών που ενώνουν σημεία της πίεσης). Η φορά κίνησης του ανέμου είναι τέτοια, ώστε να έχει την υψηλή πίεση προς τα δεξιά στο βόρειο ημισφαίριο και προς τα αριστερά στο νότιο. Μια δύναμη που ασκείται στις αέριες μάζες και επιδρά στον άνεμο είναι η δύναμη της τριβής, η οποία προέρχεται από την επιφάνεια της γης. Εξαιτίας της τριβής, η ένταση του ανέμου πάνω από την επιφάνεια της γης ελαττώνεται και η διεύθυνσή του μεταβάλλεται. Η σχέση που συνδέει τη διεύθυνση του ανέμου και τις ισοβαρείς αποδίδεται από το νόμο Buys-Ballot. Σύμφωνα με αυτόν, ένας παρατηρητής ευρισκόμενος στο βόρειο ημισφαίριο, στραμμένος προς τη διεύθυνση του ανέμου, θα έχει τις χαμηλές πιέσεις προς τα δεξιά του και λίγο πίσω και τις υψηλές πιέσεις προς τα αριστερά και λίγο μπροστά. Τα αντίθετα ισχύουν για το νότιο ημισφαίριο. Τα όσα αναφέρθηκαν ήδη, ερμηνεύουν θεωρητικά τη γένεση και την τροχιά των ανέμων, υποθέτοντας ότι η γη είναι μια λεία σφαίρα. Η υπόθεση αυτή όμως απέχει από την πραγματικότητα. Η επιφάνεια της γης διαφοροποιείται σημαντικά από ένα σημείο του πλανήτη ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 25

26 σε κάποιο άλλο. Υπάρχουν εκτάσεις καλυμμένες με νερό, οι ωκεανοί, τις οποίες διαδέχονται μεγάλα τμήματα ξηράς. Η ξηρά με την σειρά της δεν έχει παντού το ίδιο ανάγλυφο. Οι διαφορές αυτές μεταξύ των διαφόρων σημείων του επηρεάζουν τον άνεμο με διάφορους τρόπους: Προκαλούν διαφορές πιέσεως Δεν απορροφούν το ίδιο ποσό ηλιακής ακτινοβολίας με αποτέλεσμα να δημιουργούν διαφορές θερμοκρασίας Ο αέρας δεν έχει την ίδια περιεκτικότητα σε υδρατμούς Πρέπει να σημειωθεί ότι, σε αρκετές περιπτώσεις, η κυκλοφορία του αέρα επηρεάζεται από τα θαλάσσια ρεύματα των ωκεανών. Οι ωκεανοί επίσης, απορροφώντας μεγάλα ποσά θερμότητας και διοξειδίου του άνθρακα, δημιουργούν βαθμίδες που επηρεάζουν τη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας, αλλά επίσης και τοπικούς ανέμους, όπως οι μουσώνες. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν οι τροπικοί άνεμοι των μέσων πλατών και οι πολικοί άνεμοι Τροπικοί άνεμοι Ο άνεμος της περιοχής του Ισημερινού θερμαινόμενος μετατοπίζεται προς τους Τροπικούς. Μετατοπιζόμενος ψύχεται και φτάνοντας στο γεωγραφικό πλάτος των 300 αρχίζει να κατεβαίνει προς την επιφάνεια της γης. Εικόνα 1.4: Τροπικός άνεμος Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τον εκτοπισμό των επιφανειακών ανέμων, οι οποίοι έτσι κινούνται προς τον Ισημερινό, σαν ανατολικοί άνεμοι. Πρόκειται για σταθερούς ανέμους, που ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 26

27 συναντώνται καθ' όλη την διάρκεια του έτους. Παρ' όλες τις πρακτικά αμετάβλητες ταχύτητες τους, είναι αρκετά ισχυροί, ώστε να είναι δυνατή η εκμετάλλευση τους με αιολικές μηχανές Μουσώνες Οι μουσώνες οφείλονται στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της Ασιατικής ηπείρου και της θάλασσας που την περιβάλλει. Πρόκειται για εποχιακούς ανέμους. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού η Ασιατική ήπειρος θερμαίνεται πολύ, με αποτέλεσμα να δημιουργείται πάνω από αυτήν ένα βαρομετρικό χαμηλό (πεδίο χαμηλής ατμοσφαιρικής πίεσης). Η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας στην περιοχή αυτή είναι λίγο χαμηλότερη, με αποτέλεσμα κατά τις αρχές του Ιουνίου ένας δροσερός και υγρός αέρας από τον Ινδικό ωκεανό να κατακλύζει την Ινδία. Έτσι δημιουργούνται οι θερινοί, ή νοτιοδυτικοί μουσώνες. Από τον Ιούνιο ως το Σεπτέμβριο οι θαλάσσιοι άνεμοι συνεχίζουν και προκαλούν σημαντικές βροχοπτώσεις στην περιοχή της Ινδίας. Το χειμώνα η ξηρά ψύχεται και δημιουργούνται υψηλές πιέσεις, ενώ η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας μειώνεται με βραδύτερους ρυθμούς, με αποτέλεσμα να δημιουργείται τώρα άνεμος από την ξηρά προς τη θάλασσα. Μουσώνες δημιουργούνται και σε άλλες περιοχές του πλανήτη, όπως στην Αφρική, αυτοί όμως των Ινδιών είναι και οι ισχυρότεροι Άνεμοι μέσων πλατών Η κυκλοφορία του αέρα στα μέσα γεωγραφικά πλάτη, οφείλεται στη μίξη ψυχρών αερίων μαζών από τους πόλους, με ψυχρές αέριες μάζες που προέρχονται από τους τροπικούς. Στα σημεία στα οποία οι δύο μάζες αέρα συναντώνται, δημιουργείται ένα μέτωπο, με αποτέλεσμα η κίνηση του αέρα να συνοδεύεται από τη δημιουργία ενός ατμοσφαιρικού χαμηλού. Οι ισχυρότεροι άνεμοι παρουσιάζονται κοντά στο κέντρο του χαμηλού και οι ταχύτητες τους φθάνουν αυτές των τροπικών τυφώνων. Οι ταχύτητες του ανέμου κατά την κυκλοφορία στα μέσα πλάτη, δεν είναι ίδιες στα δύο ημισφαίρια. Στο Βόρειο ημισφαίριο η έκταση της ξηράς είναι σημαντικότερη. Έτσι, ο αέρας επιβραδύνεται πολύ περισσότερο, από ότι στο Νότιο ημισφαίριο, όπου η έκταση των ωκεανών είναι μεγαλύτερη. Για τον ίδιο λόγο, η κατανομή των βαρομετρικών χαμηλών στο Νότιο ημισφαίριο είναι ομογενέστερη. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 27

28 1.6.4 Πολικοί άνεμοι Στις πολικές περιοχές, εμφανίζονται οι λεγόμενοι πολικοί άνεμοι. Τα αίτια δημιουργίας τους είναι οι ισχυροί αντικυκλώνες που σχηματίζονται στις περιοχές αυτές, οι οποίοι οφείλονται στη συνεχή ψύξη των πολικών επιφανειών λόγω της σημαντικής χρονικής διάρκειας του χειμώνα και της μικρής απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας Αύρα (θαλάσσια, κοιλάδων, βουνών) Σε μερικές περιοχές δημιουργούνται τοπικοί άνεμοι, εποχιακής αλλά και ημερήσιας περιοδικότητας. Οι άνεμοι αυτοί οφείλονται σε τοπικές θερμικές μεταβολές. Σε αυτούς τους ανέμους συγκαταλέγονται οι θαλάσσιες αύρες, καθώς και οι αύρες κοιλάδων και βουνών. Η θαλάσσια αύρα δημιουργείται κατά τη διάρκεια αίθριων και χωρίς ανέμους ημερών. Κάτω από τις συνθήκες αυτές, η θάλασσα, λόγω της αυξημένης θερμοχωρητικότητας της, θερμαίνεται λιγότερο και αργότερα από την ξηρά. Για το λόγο αυτό, 2-3 ώρες μετά την ανατολή του ηλίου, η ατμοσφαιρική πίεση πάνω από την ξηρά είναι μικρότερη από την πίεση πάνω από τη θάλασσα. Έτσι, δημιουργείται άνεμος, ο οποίος πνέει από τη θάλασσα προς την ξηρά. Η ένταση της θαλάσσιας αύρας αυξάνεται μέχρι τις πρώτες απογευματινές ώρες και εν συνεχεία ελαττώνεται, για να παύσει τις πρώτες νυχτερινές ώρες. Το μέγιστο της έντασης της θαλάσσιας αύρας εμφανίζεται κατά τη μέγιστη θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ ξηράς και θαλάσσης. Η διεύθυνση της θαλάσσιας αύρας είναι κάθετη στην ακτή και μπορεί να διεισδύσει σε απόσταση km και στην ξηρά, όταν το ανάγλυφο είναι ομαλό και η διαφορά θερμοκρασίας ξηράς - θάλασσας μεγάλη. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, ξηρά και θάλασσα ψύχονται. Η ξηρά ψύχεται ταχύτερα, με αποτέλεσμα πάνω από αυτή να σχηματίζονται μεγαλύτερες πιέσεις. Έτσι δημιουργείται η αντίστροφη κυκλοφορία, που ονομάζεται απόγειος αύρα. Η ένταση και το ύψος της απογείου αύρας είναι μικρότερα από τα αντίστοιχα της θαλάσσιας αύρας, λόγω των μικρότερων θερμοκρασιακών διαφορών. Εκτός από την θαλάσσια και την απόγειο αύρα υπάρχουν και οι αύρες κοιλάδων και βουνών. Πρόκειται για συστήματα ανέμων τα οποία πνέουν κατά την διάρκεια της ημέρας από την βάση προς τα υψηλότερα σημεία επικλινών εδαφών (αύρα κοιλάδων) και αντίστροφα κατά την διάρκεια της νύχτας (αύρα βουνών). ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 28

29 Κατά τη διάρκεια της ημέρας και κυρίως όταν υπάρχει ηλιοφάνεια, ο αέρας που βρίσκεται μέσα σε μια κοιλάδα, λόγω του περιορισμού του και της επαφής του με μεγαλύτερη επιφάνεια εδάφους, θερμαίνεται ταχύτερα απ ότι ο αέρας έξω από την κοιλάδα. Λόγω ανώσεως, αυτός αρχίζει να κινείται προς τα πάνω, κατά μήκος των κλιτύων της κοιλάδας. Ανερχόμενος αντικαθίσταται από ψυχρότερες μάζες αέρα, που εισέρχονται από το κέντρο της κοιλάδας. Η αύρα κοιλάδας αρχίζει με την ανατολή του ηλίου και σταματά κατά τη δύση, όπως και η θαλάσσια αύρα. Η ύπαρξή της εκδηλώνεται εφόσον δεν επικαλύπτεται από άλλα ισχυρότερα ρεύματα αέρα. Είναι εντονότερη στις νότιες πλαγιές (για το βόρειο ημισφαίριο), δεδομένου ότι Λ αυτές θερμαίνονται περισσότερο από τον ήλιο. Η ταχύτητα της μπορεί να πλησιάσει τα 5 ms"'. Στις βόρειες πλαγιές είναι ανεπαίσθητη. Η αύρα βουνού δημιουργείται κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η ροή του αέρα είναι ακριβώς η αντίστροφη Τοπικοί άνεμοι Εκτός από τους ανέμους που προαναφέρθηκαν, σε διάφορες περιοχές της γης, λόγω ιδιαιτεροτήτων στην τοπογραφία και εξαιτίας ορισμένων καιρικών συνθηκών, δημιουργούνται τοπικοί άνεμοι, με χαρακτηριστικές, πολλές φορές, ονομασίες. Στην Ελλάδα τέτοιοι άνεμοι είναι: Ο λίβας, θερμός και ξηρός άνεμος, που γίνεται αισθητός κυρίως στη Θεσσαλική πεδιάδα και ανήκει στην κατηγορία ανέμων, τη λεγόμενη τύπου Foehn. Ο Βαρδάρης, βόρειος - βορειοδυτικός ξηρός άνεμος, που είναι ιδιαίτερα Λ ισχυρός. Η μέση ταχύτητα του κυμαίνεται περί τα 10 ms"' και μπορεί να φθάσει τα ms"1. Οι ετήσιες, κοινώς μελτέμια. Πρόκειται για σταθερούς ανέμους, συνήθως βορειοανατολικής - βορειοδυτικής διεύθυνσης ή και δυτικής στη Νότια Δωδεκάνησο, οι οποίοι πνέουν στην ανατολική λεκάνη της Μεσογείου και ιδιαίτερα στο Αιγαίο πέλαγος από το Μάιο μέχρι και τον Οκτώβριο. Η μεγαλύτερη συχνότητά τους όμως παρατηρείται από τα μέσα Ιουλίου μέχρι τα μέσα Σεπτεμβρίου. Η ένταση των ετήσιων είναι μέτρια στο Ιόνιο και ισχυρή στο Αιγαίο. Μπορούν να πνεύσουν και με την ένταση της θύελλας και προκαλούν μεγάλο κυματισμό. ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΑ - 29