Πτυχιακή Εργασία. Επιπτώσεις φωτοβολταικών και αιολικών συστημάτων στο περιβάλλον

Transcript

1 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας Τομέας Ενέργεια - Περιβάλλον Πτυχιακή Εργασία Επιπτώσεις φωτοβολταικών και αιολικών συστημάτων στο περιβάλλον Σταυριανού Τσαμπίκα Α.Μ Τσάκων Παναγιώτης Α.Μ Επιβλέπων : Βασίλης Λιόγκας, Μηχανολόγος Μηχανικός ΜSc Καβάλα, Μάρτιος 2010

2 Ευχαριστίες Η παρακάτω πτυχιακή εργασία με θέμα «ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ» πραγματοποιήθηκε στα του προγράμματος σπουδών του τμήματος μηχανολογίας, της σχολής τεχνολογικών εφαρμογών του ΤΕΙ Καβάλας. Σε αυτό θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους γονείς μας που τόσο μας συμπαραστάθηκαν καθόλη της διάρκεια των σπουδών μας. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 1 από 111

3 Πρόλογος Παρόλο που πολλές από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας διατίθενται σε αφθονία και αντιπροσωπεύουν ένα σοβαρό ενεργειακό δυναμικό σε παγκόσμια κλίμακα, θα λέγαμε ότι συνεισφέρουν ελάχιστα στην ενεργειακή κατανάλωση. Η εκμετάλλευση των ανανεώσιμων ενεργειακών πηγών μπορεί να συμβάλλει ουσιαστικά στην αντιμετώπιση των τεράστιων περιβαλλοντικών προβλημάτων, που αντιμετωπίζει ο πλανήτης σήμερα. Επίσης ευρύτερη εκμετάλλευση των ΑΠΕ είναι δυνατό να αποτελέσει κύριο μοχλό περιφερειακής ανάπτυξης με στόχο την επίτευξη καλύτερης κοινωνικής και οικονομικής συνοχής μέσα στην Ε.Ε. Η αναμενόμενη αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης στις τρίτες χώρες, που σε μεγάλο βαθμό μπορεί να ικανοποιηθεί με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, προσφέρει ελπιδοφόρες επιχειρηματικές ευκαιρίες για τις αντίστοιχες βιομηχανίες της Ευρώπης. Ο χαρακτήρας των περισσοτέρων τεχνολογιών εκμετάλλευσης ΑΠΕ επιτρέπει τη σταδιακή υλοποίηση που είναι ευκολότερο να χρηματοδοτηθεί και καθιστά δυνατή την επιτόπια αξιοποίηση τους. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι ότι η κοινή γνώμη ευνοεί την προώθηση των ΑΠΕ σε σχέση με τις συμβατικές πηγές ενέργειας, κυρίως για περιβαλλοντικούς λόγους. Σε παγκόσμιο επίπεδο έχει αναγνωριστεί ότι είναι επιτακτική η ανάγκη αντιμετώπισης του προβλήματος της αλλαγής του κλίματος. Η επιτάχυνση της διείσδυσης των ΑΠΕ αποτελεί ένα σπουδαίο παράγοντα για τη μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Εκτός από όλα αυτά τα ευεργετικά χαρακτηριστικά που έχουν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, θα παύουν κι αυτές με την σειρά τους να προκαλούν κάποιες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Αν αυτές είναι μεγάλες και άξιες αναφοράς ή μικρές και αμελητέες είναι το θέμα αυτής της πτυχιακής εργασίας στην οποία θα ασχοληθούμε κυρίως με την αιολική ενέργεια και την ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά συστήματα. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 2 από 111

4 Περιεχόμενα Κατάλογος Πινάκων... 7 Κατάλογος Εικονών... 7 Κατάλογος Συντμήσεων... 9 Κεφάλαιο Πρώτο Η εξέλιξη του θεσμού της εκτίμησης περιβαλλοντικών επιπτώσεων στην Ελλάδα Ανάγκη δημιουργίας περιβαλλοντικής πολιτικής Μ.Π.Ε. : Στόχοι και κατευθυντήριες γραμμές Κεφάλαιο Δεύτερο Φωτοβολταϊκά συστήματα Τι είναι το φωτοβολταϊκό στοιχείο; Τύποι Φωτοβολταϊκών Στοιχείων Πυριτίου Πολυκρυσταλλικά Στοιχεία Πυριτίου (Multicrystalline Silicon mc-si) Μονοκρυσταλλικά Στοιχεία (Single-crystal Silicon) ΦΒ Στοιχεία Ταινίας (Ribbon Silicon) ΦΒ Στοιχεία Άμορφου πυριτίου (Amorphous Silicon) Απόδοση ΦΒ πλαισίων και παράγοντες που την επηρεάζουν Γενικά για τον συντελεστή απόδοσης Αναλυτική παρουσίαση παραγόντων που επηρεάζουν την απόδοση ΦΒ πλαισίων Συγκριτικά στοιχεία και επίδραση της θερμοκρασίας σε αυτά Επίδραση της θερμοκρασίας στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού στοιχείου Εξάρτηση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του πλαισίου από την θερμοκρασία κυψελίδας Η καμπύλη I-V ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 3 από 111

5 2.6. Πρότυπες συνθήκες ελέγχου (Standart Test Conditions, STC) των χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων. Η έννοια της ισχύος αιχμής Κεφάλαιο Τρίτο Αιολική Ενέργεια Η πηγή του ανέμου Τα χαρακτηριστικά του ανέμου Όριο μεταβολής ταχυτήτων ανέμου καθ' ύψος Μεταβολή ταχύτητας ανέμου ανάλογα με το ύψος Στατιστική του άνεμου Μετατροπή της αιολικής ενέργειας Πηγές αιολικής ενέργειας ανά τον κόσμο Εξαρτήματα και Λειτουργικά Χαρακτηριστικά Γενική διάταξη Σχεδιασμός κυρίων στοιχείων Η έλικα Σύστημα μετάδοσης περιστροφικής κίνησης Η Γεννήτρια Σύστημα πέδησης Σύστημα προσανεμισμού Πύργος στήριξης Σύστημα εποπτείας και ελέγχου Λειτουργικά χαρακτηριστικά Απόδοση ισχύος Διαθεσιμότητα Ετήσιος υπολογισμός ενέργειας Απόδοση συστοιχίας ανεμογεννητριών (Α/Γ) ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 4 από 111

6 3.10. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις των Αιολικών Πάρκων Επιπτώσεις εγκατάστασης βιομηχανικών αιολικών πάρκων Κεφάλαιο Τέταρτο Αδειοδότηση Σχεδιασμού, Περιβαλλοντολογικά και Κοινωνικά Θέματα Αδειοδότηση σχεδιασμού αιολικών σταθμών (αιολικών πάρκων) Περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις Ποσοτική περιγραφή θορύβου ανεμογεννήτριας Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή και ασφάλεια της ανεμογεννήτριας Προσδιορισμός περιβαλλοντολογικών επιπτώσεων Κοινωνικά θέματα Συμπεράσματα Κεφάλαιο Πέμπτο Περιβαλλοντικές επιπτώσεις των φωτοβολταϊκών και ηλιακών συστημάτων Εισαγωγικά Περιβαλλοντικές οχλήσεις περιβαλλοντικά & κοινωνικοοικονομικά οφέλη Ηλιακά θερμικά συστήματα Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανά στάδιο Κατασκευή μεταφορά Εγκατάσταση Λειτουργία Συντήρηση Αποικοδόμηση Τεχνολογίες/τεχνικές απαλοιφής περιβαλλοντικών επιπτώσεων ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 5 από 111

7 5.5. Φωτοβολταϊκά ηλιακά συστήματα Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανά στάδιο Κατασκευή Μεταφορά Εγκατάσταση Λειτουργία Συντήρηση Αποικοδόμηση Τεχνολογίες/τεχνικές απαλοιφής περιβαλ/κών επιπτώσεων Ηλιοθερμικά συστήματα ισχύος Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανά στάδιο Κατασκευή Μεταφορά Εγκατάσταση Λειτουργία Συντήρηση Αποικοδόμηση Τεχνολογίες / τεχνικές απαλοιφής περιβαλλοντικών Επιπτώσεων Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 6 από 111

8 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1 - Πρότυπες Συνθήκες Ελέγχου Πίνακας 2 - Παράμετροι για τονυπολογισμό κατακόρυφου προφίλ ταχύτητας ανέμου Πίνακας 3 - Υπολογισμός ετήσιας παραγωγής ενέργειας Πίνακας 4 - Ελάττωση εκπομπής αερίων λόγω χρήσης ανεμογεννήτριας υπό επικρατούσες τυπικές συνθήκες στο Ηνωμένο Βασίλειο (Αναδημοσιεύεται με την άδεια του Βρετανικού Συνδέσμου Αιολικής Ενέργειας) Πίνακας 5 - Ακτίνα δράσης θορύβου ανεμογεννήτριας (επίπεδο πίεσης ήχου): αποτελέσματα πραγματικών μετρήσεων (αναδημοσιεύτηκε από τον A.D. Garrad 1991 Ώρα για Δράση: Αιολική Ενέργεια στην Ευρώπη, με την άδεια του Ευρωπαϊκού Συνδέσμου Αιολικής Ενέργειας) Κατάλογος Εικονών Εικόνα 1 - Η επαφή pn σε ηρεμία και όταν φωτιστεί Εικόνα 2 - Πολυκρυσταλλικό στοιχείο Εικόνα 3 - Μονοκρυσταλλικά στοιχεία Εικόνα 4 - Στοιχείο a-si Εικόνα 5 - Γενική άποψη της κυκλοφορίας των ανέμων πάνω στην επιφάνεια της γης. Δημοσιεύεται με την άδεια του Παγκοσμίου Μετεωρολογικού Οργανισμού Εικόνα 6 - Μετρήσεις ταχυτήτων ανέμου που ελήφθησαν με ανεμόμετρο που ήταν αναρτημένο σε μια άτρακτο ανεμογεννήτριας διαμέτρου 33 μέτρων, εντός χρονικού διαστήματος 100 δευτερολέπτων Εικόνα 7 - Παράσταση του κατακόρυφου προφίλ μεταβολής των ταχυτήτων του ανέμου κοντά στην επιφάνεια του εδάφους Εικόνα 8 - Παράσταση του κατακόρυφου προφίλ μεταβολής των ταχυτήτων του άνεμου κοντά στην επιφάνεια του εδάφους Εικόνα 9 - Θεωρητική χαρακτηριστική μιας ανεμογεννήτριας 100 kw ή καμπύλη ισχύος Εικόνα 10 - Κύρια εξαρτήματα ανεμογεννήτριας οριζοντίου άξονα ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 7 από 111

9 Εικόνα 11 -Διαμήκης τομή ατράκτου ανεμογεννήτριας Εικόνα 12 - Σχηματικό διάγραμμα ανεμογεννήτριας σταθερής ταχύτητας περιστροφής: Ν = κιβώτιο οδοντωτών τροχών μετάδοσης κίνησης, Α = ασύγχρονη επαγωγική ηλεκτρογεννήτρια, SS = εκκινητής, PFC = διόρθωση συντελεστή ισχύος, Τx = μετασχηματιστής Εικόνα 13 - Σχηματικό διάγραμμα ανεμογεννήτριας για λειτουργία σε μεταβλητές ταχύτητες: Ν = κιβώτιο ταχυτήτων, S = σύγχρονη γεννήτρια, R = ανορθωτής, I = μετατροπέας, Τx= μετασχηματιστής Εικόνα 14 - (α) Τομή πτερυγίου ξύλου/κόλλας εποξικής ρητίνης (β) Τομή πτερυγίου GRP (γ) Εγκάρσια τομή πτερυγίου ξύλου/κόλλας εποξικής ρητίνης.. 55 Εικόνα 15 - Σύστημα ελέγχου ρύθμισης γωνίας πρόσπτωσης Εικόνα 16 - Μηχανικά ανάλογα σύγχρονων και ασύγχρονων γεννητριών Εικόνα 17 - Ροπή συνάρτηση ολίσθησης ασύγχρονης γεννήτριας Εικόνα 18 - Λειτουργικά χαρακτηριστικά ασύγχρονης γεννήτριας Εικόνα 19 - Βαθμιαία εκκίνηση (μιας φάσης), ασύγχρονης γεννήτριας Εικόνα 20 - Καμπύλη ισχύος ανεμογεννήτριας 200 kw με έλικα αυτοπέδησης. 71 Εικόνα 21 - Υπολογισμός ετήσιας παραγωγής ενέργειας Εικόνα 22 - Συνάρτηση ισοστάθμισης dba Εικόνα 23 - Μηχανισμοί παρεμβολής Εικόνα 24 - Ανεμογεννήτριες Εικόνα 25 Αιολικό Πάρκο Εικόνα 26 - Ανεμογεννήτρια Εικόνα 27 - Ανεμογεννήτρια Εικόνα 28 - Ανεμογεννήτρια Εικόνα 29 - Στάδια Ανάλυσης Κύκλου Ζωής και Εκτίμησης για Ηλιακά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής και Θερμικής Ενέργειας ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 8 από 111

10 Κατάλογος Συντμήσεων Ε.Π.Ε. Μ.Π.Ε. Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. Μ.Ε.Κ. Κ.Π.Σ. Φ.Σ. ΦΒ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΠΤΩΣΕΩΝ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΧΩΡΟΤΑΞΙΑΣ ΔΗΜΟΔΙΩΝ ΕΡΓΩΝ ΜΙΚΤΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΚΑΘΟΔΗΓΗΣΗ ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΤΗΡΙΞΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 9 από 111

11 Κεφάλαιο Πρώτο 1. Η εξέλιξη του θεσμού της εκτίμησης περιβαλλοντικών επιπτώσεων στην Ελλάδα Ο θεσμός της Εκτίμησης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων άρχισε να εφαρμόζεται στην Ελλάδα σταδιακά από την αρχή της δεκαετίας του '80 για συγκεκριμένες κατηγορίες έργων (βιομηχανικές εγκαταστάσεις, λατομία, τουριστικές εγκαταστάσεις κ.λ.π. ). Η εφαρμογή του θεσμού στηρίχθηκε κυρίως στην κάλυψη των απαιτήσεων που απορρέουν από το κοινοτικό δίκαιο και όχι στη διαμόρφωση κοινής συνείδησης ( φορέων και πολιτών ) σχετικά με την ανάγκη προστασίας του περιβάλλοντος και λήψης μέτρων αποφυγής της υποβάθμισης του. Η εξέλιξη αυτή είχε ως αποτέλεσμα την επιφανειακή προσέγγιση του αντικειμένου και την τυπική κάλυψη των απαιτήσεων την σχετικής νομοθεσίας. Το γεγονός αυτό δημιούργησε διαφοροποιήσεις μεταξύ των φορέων και τους απομάκρυνε από την θεώρηση του θεσμού της Εκτίμησης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων ως ενός μέσου ουσιαστικής παρέμβασης στο περιβάλλον. Στην ουσία ο θεσμός αντιμετωπίζεται ως μια διαδικασία αδειοδότησης, την οποία οι εμπλεκόμενοι φορείς προσεγγίζουν κάτω από διαφορετική οπτική. Εξετάζοντας την αποκτηθείσα εμπειρία από την εφαρμογή του θεσμού της ΕΠΕ, θα μπορούσαμε να καταλήξουμε στα ακόλουθα, αναφορικά με τους εμπλεκόμενους: - Αμφισβητήσεις Μ.Π.Ε. οφείλονται συχνά σε ασάφειες και ασυνέπειες σε ότι αφορά την ένταξη των διάφορων έργων στις κατηγορίες που προβλέπονται από το νόμο. - Οι Μ.Π.Ε. γενικά δεν έχουν θεσμοθετηθεί ως ξεχωριστή κατηγορία μελετών. Έτσι, πολλές από τις μελέτες αυτές εκπονούνται από άτομα με περιορισμένη εμπειρία με αποτέλεσμα να είναι ανεπαρκείς - Περαιτέρω υποβάθμιση της ποιότητας των Μ.Π.Ε. προκύπτει από τον κανόνα χαμηλό προϋπολογισμό τους και τον συχνά εξαιρετικά περιορισμένο χρόνο εκπόνησής τους. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 10 από 111

12 - Ιδιαίτερα δυσμενής είναι η χρονική ανακολουθία που παρατηρείται συχνά με δεδομένη την έλλειψη υποχρέωσης παράδοσης της τελικής μελέτης εφαρμογής ενός έργου μετά την αντίστοιχη Μ.Π.Ε., ενώ κανονικά στη μελέτη εφαρμογής θα έπρεπε να γίνεται ρητή αναφορά στη Μ.Π.Ε. και συνεκτίμησή της. - Ο τρόπος δημοσιοποίησης δεν εξασφαλίζεται ουσιαστικά και ανάγεται απλώς σε μία τυπική διαδικασία. Εξ άλλου ο παρερχόμενος χρόνος για την υποβολή της γνωμοδότησης του κοινού ( 15 ημέρες ) είναι σχετικά σύντομος. - Επιμέρους έργα που αποτελούν τμήματα ενός ενιαίου έργου δεν προκηρύσσονται ταυτόχρονα με αποτέλεσμα την ύπαρξη ανομοιογενειών στην ποιότητα και το περιεχόμενο των Μ.Π.Ε. Σε τέτοιες περιπτώσεις γίνεται εμφανής η έλλειψη Στρατηγικού Σχεδιασμού Περιβάλλοντος. - Σημαντικό πρόβλημα αποτελεί επίσης η παρακολούθηση της τήρησης των περιβαλλοντικών όρων, κάτι που ενδέχεται να διορθωθεί με την εγκατάσταση της ενδεδειγμένης υποδομής (inspectorate). - Καθυστερήσεις στην έγκριση Μ.Π.Ε. ενίοτε αναγκάζουν το φορέα υλοποίησης του έργου στην πρόωρη εκκίνησή του (π.χ. προς τήρηση κάποιων προθεσμιών). Στην διόλου σπάνια αντίθετη περίπτωση υπερβολικής χρονικής διαφοράς μεταξύ της εκπόνησης Μ.Π.Ε. και της εκτέλεσης ενός έργου είναι ενδεχόμενο να έχουν επέλθει αλλαγές των πραγματικών συνθηκών με προφανείς συνέπειες στις εκτιμηθείσες επιπτώσεις. - Το στελεχιακό δυναμικό των αρμοδίων υπηρεσιών δεν επαρκεί για την εύρυθμη αξιολόγηση των Μ.Π.Ε., κυρίως λόγω της ανάγκης πλήθους ειδικών επιστημόνων. Το πρόβλημα εμφανίζεται ιδιαίτερα οξύ στην περιφέρεια, όπου ο έλεγχος των Μ.Π.Ε. γίνεται πολλές φορές από έναν και μόνο επιστήμονα. - Μεγάλος αριθμός θεμάτων αναγκαστικά παραπέμπεται από τις Περιφέρειες και Νομαρχίες σε Υπηρεσίες της Αθήνας με αποτέλεσμα μεγάλη απώλεια χρόνου. Επίσης, συχνά παρατηρείται χρονοβόρα κυκλοφορία φακέλων Μ.Π.Ε. μεταξύ διαφόρων υπηρεσιών (παράδειγμα ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 11 από 111

13 Θεσσαλονίκης: Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας, Νομαρχία Θεσσαλονίκης, Οργανισμός Θεσσαλονίκης, ενίοτε Υ.ΠΕ.ΧΩ.Δ.Ε. ). - Μεγάλα προβλήματα ανακύπτουν από την έλλειψη στοιχείων που απαιτούνται για την εκπόνηση Μ.Π.Ε., με χαρακτηριστικό παράδειγμα στην ανυπαρξία αναγκαίων χαρτών(γεωλογικών, δασικών κ.λ.π.) σε πανελλήνια κλίμακα. - Δεν υπάρχει γνώση (λόγω έλλειψης στοιχείων, προδιαγραφών, εμπειρίας) των έμμεσων και μακροπρόθεσμων περιβαλλοντικών επιπτώσεων ενός έργου.επίσης, δεν αναλύεται επαρκώς η συνέργια των επιπτώσεων και γενικά η συστημικότητα του περιβάλλοντος. - Συχνά αγνοούνται οι κοινωνικές, οικονομικές και πολιτισμικές επιπτώσεις ενός έργου, που συνήθως είναι έμμεσες και μακροπρόθεσμες. Υποτιμάται επίσης η ενδεχόμενη «αλλαγή χαρακτήρα» μιας περιοχής, η οποία μπορεί να συνεπάγεται αλυσιδωτές επιπτώσεις τόσο στο κοινωνικό, όσο και στο φυσικό περιβάλλον. - Όλα τα προαναφερθέντα προβλήματα εκτός των άλλων οδηγούν και σε αποφάσεις του Συμβουλίου της Επικρατείας που ακυρώνουν σχετικές πράξεις της διοίκησης για τα θέματα αυτά, με προφανή δυσμενή αποτελέσματα σχετικά με την δυνατότητα εκτέλεσης του έργου, με ζημιές οικονομικής και κοινωνικής φύσης κ.λ.π. - Η υποβάθμιση της ποιότητας των Μ.Π.Ε. επιτείνει τα έντονα προβλήματα που προκαλούνται από τα συνηθισμένα φαινόμενα μη αποδοχής των αποτελεσμάτων τους από την κοινή γνώμη, ιδιαίτερα σε επίπεδο μικρών κοινωνιών. Στην διαμόρφωση αυτών των καταστάσεων κυρίαρχο ρόλο παίζουν οι τοπικές οργανώσεις προστασίας περιβάλλοντος με τις συχνά μαξιμαλιστικές και ορισμένες φορές ατεκμηρίωτες θέσεις τους, αλλά και φορείς της Τοπικής Αυτοδιοίκησης ή ακόμη και βουλευτές. οινός παρανομαστής στις περιπτώσεις αυτές είναι συνήθως η ανησυχία και ο φόβος για δυσμενείς οικονομικές επιπτώσεις από το προτεινόμενο έργο σε μερίδα του κοινωνικού συνόλου που πιστεύει ότι θα θιγεί σε αυτό.ο παραπάνω φόβος παίρνει στην συνέχεια τον μανδύα της «προστασίας του περιβάλλοντος» με την απόρριψη της Μ.Π.Ε. χωρίς στην ουσία να ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 12 από 111

14 υπάρχει επιστημονική επιχειρηματολογία. Στην αντίπερα όχθη υπάρχουν περιπτώσεις απόρριψης από την κοινή γνώμη μιας Μ.Π.Ε. που τοποθετείται αρνητικά απέναντι σε κάποια δραστηριότητα όταν υπάρχουν ισχυρά οικονομικά κίνητρα υπέρ αυτής, όπως δημιουργία θέσεων εργασίας κ.λ.π. Το παραπάνω φαινόμενο, της αμφισβήτησης δηλαδή των Μ.Π.Ε., δεν είναι βέβαια αποκλειστικά ελληνικό φαινόμενο. Ούτε πρόκειται να εξαλειφθεί ποτέ τελείως από την στιγμή που εμπλέκονται οικονομικά συμφέροντα. Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν σαφώς περιθώρια βελτίωσης της σημερινής, συχνά απαράδεκτης, κατάστασης και ο στόχος, οι Μ.Π.Ε. να παίξουν κάποτε σωστά τον περιβαλλοντικό, οικονομικό και κοινωνικό τους ρόλο δεν είναι τελείως ουτοπικός. Ο στόχος αυτός περνάει πρώτα απ' όλα από την βελτίωση των ίδιων των Μ.Π.Ε. προκειμένου να γίνουν περισσότερο αντικειμενικές και επιστημονικά τεκμηριωμένες με συνέπεια να είναι λιγότερο ευάλωτες και επιδεκτικές αμφισβητήσεων. Ένα άλλο στοιχείο που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι ότι η περιβαλλοντική αδειοδότηση θεωρείται απαραίτητη προϋπόθεση για να ενταχθεί ένα έργο στα κοινοτικά προγράμματα. Η διαδικασία όμως της αδειοδότησης συχνά αποβαίνει εξαιρετικά χρονοβόρα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία αντιθέσεων και έντασης μεταξύ των εμπλεκόμενων φορέων. Ο οδηγός αυτός αποτελεί μια μικρή συμβουλή στο ακανθώδες ζήτημα της Εκτίμησης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων και αποσκοπεί στην ενημέρωση σχετικά με τις διαδικασίες, τις απαιτήσεις, τα δικαιώματα και τις υποχρεώσεις που απορρέουν από την υπάρχουσα νομοθεσία. Έχει γίνει προσπάθεια ταξινόμησης - κωδικοποίησης αλλά και αναλυτικής παρουσίασης των απαραίτητων στοιχείων, ώστε αυτά να είναι κατανοητά και προσιτά σε κάθε ενδιαφερόμενο, όχι υποχρεωτικά γνώστη του αντικειμένου. Η Μικτή Επιτροπή Καθοδήγησης (ΜΕΚ) για τα Δημόσια Έργα, η οποία έχει συσταθεί από τα Υπουργεία Εθνικής Οικονομίας, Χωροταξίας - Περιβάλλοντος και Δημοσίων Έργων, και την Επιτροπή της Ευρωπαϊκής Ένωσης με σκοπό την βελτίωση του συστήματος παραγωγής των δημοσίων έργων, ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 13 από 111

15 ανέλαβε την πρωτοβουλία σύνταξης του παρόντος οδηγού στοχεύοντας και με αυτό τον τρόπο στην αναβάθμιση του θεσμού της Εκτίμησης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων. Στην Ελλάδα, η πρώτη Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων εκπονήθηκε το 1977 για λογαριασμό της ΔΕΗ, η οποία ανέθεσε τη μελέτη χωρίς να υποχρεώνεται από το νόμο, προκειμένου να προχωρήσει στην κατασκευή φράγματος στον Θησαυρό Νέστου, επίσης το Η πρώτη νομοθετική αναφορά για ΜΠΕ υπάρχει στο Ν.743/77(αρθ.103), η οποία όμως δεν υλοποιήθηκε ούτε εξειδικεύτηκε ώστε να εφαρμοστεί στη πράξη. Το 1979 ο Ν.947/79 επέβαλε για πρώτη φορά την υποχρέωση για εκπόνηση ΜΠΕ σε οικιστικά σχέδια, αλλά και πάλι δεν περιείχε συγκεκριμένες προδιαγραφές. Το αποτέλεσμα ήταν ότι οι ΜΠΕ των Σχεδίων Πολεοδομικής Ανασυγκρότησης ήταν απλές εκθέσεις υποστήριξης των επιλογών του κάθε σχεδίου. Η υποχρέωση της μελέτης επιπτώσεων εξακολουθεί να υπάρχει - σημαντικά αποδυναμωμένη - στο Ν.1337/83, που αντικαταστήθηκε το Ν.947/79. Ήδη όμως, ο Ν.1032/80 ( ο ιδρυτικός του ΥΧΟΠ ) περιλάμβανε το άρθρο 17.4, που προέβλεπε την εφάπαξ έκδοση Π.Δ. για τον καθορισμό των λεπτομερειών υποβολής εκθέσεων περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Μόνο το 1981, όταν εκδίδεται το Π.Δ. 1180/81 υπάρχει πιο συγκεκριμένη αναφορά στη διαδικασία υποβολής ΜΠΕ, ειδικά για την βιομηχανία. Αντίστοιχες αναφορές υπάρχουν ήδη από το 1979 για την λειτουργία λατομείων και την ίδρυση τουριστικών εγκαταστάσεων σε δασικές περιοχές. Ο Ν. 1515/85 για τον Οργανισμό της Αθήνας αναφέρεται και σε θέματα περιβάλλοντος και προβλέπει την εκπόνηση ΜΠΕ σε περίπτωση νέων έργων και σε επέκταση ή εκσυγχρονισμό υφιστάμενων έργων καθώς και σε περίπτωση δραστηριοτήτων με σημαντικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Αρμοδιότητα για τον καθορισμό των προδιαγραφών για τις ΜΠΕ είχε, σύμφωνα με τον ίδιο νόμο, το τότε ΥΧΟΠ. Αντίστοιχες προβλέψεις υπάρχουν και στο Ν.1561/85 για τον Οργανισμό της Θεσσαλονίκης. Αναλυτικότερη αναφορά γίνεται στο Ν. 1650/86 για την προστασία του περιβάλλοντος. Συγκεκριμένα, με τα άρθρα 3-6 γίνεται προσπάθεια εναρμονισμού της ελληνικής νομοθεσίας με το κοινοτικό δίκαιο ( οινοτική ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 14 από 111

16 Οδηγία 85/337 ), ειδικότερα σε ότι αφορά ( δημόσια ή ιδιωτικά ) έργα και δραστηριότητες. Για την ολοκλήρωση του νομικού πλαισίου που διέπει την εφαρμογή του θεσμού της Εκτίμησης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων ( ΕΠΕ ), ο ίδιος νόμος προέβλεπε την έκδοση τριών υπουργικών αποφάσεων : - Για την κατάταξη των έργων και των δραστηριοτήτων σε κατηγορίες - Για τον καθορισμό της διαδικασίας έγκρισης των περιβαλλοντικών όρων ( δικαιολογητικά, προθεσμίες υποβολής κ.λ.π.) και - Για την επιβολή ειδικών τελών σε ρυπαίνουσες επιχειρήσεις, ώστε να κατασκευαστούν έργα για την προστασία του περιβάλλοντος. Το 1990, το νομικό αυτό πλαίσιο συμπληρώθηκε με τις ΚΥΑ 69269/5387/ ( Κατάταξη έργων και δραστηριοτήτων σε κατηγορίες, περιεχόμενο ΜΠΕ και ειδικών περιβαλλοντικών μελετών ) και 75308/5512/ ( Τρόπος ενημέρωσης πολιτών και των φορέων εκπροσώπησής τους για το περιεχόμενο των ΜΠΕ ), οι οποίες και ισχύουν έκτοτε, εναρμονίζοντας έτσι το εθνικό δίκαιο με τις Κοινοτικές Οδηγίες 85/337 και 84/360. Οι ΜΠΕ που υποβάλλονται έκτοτε στην αρμόδια υπηρεσία του ΥΠΕΧΩΔΕ για την έγκριση είναι αριθμητικά εντελώς πέρα από κάθε σύγκριση με άλλες χώρες, καθώς είναι της τάξης των 3000 το χρόνο, γεγονός που δείχνει τα προβλήματα στην ουσιαστική λειτουργία και απόδοση του θεσμού. Ο μεγάλος αριθμός των εκπονούμενων ΜΠΕ στην Ελλάδα έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητάς τους, πρώτον, λόγω αδυναμίας των μελετητών να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις που απορρέουν από την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, και δεύτερον, λόγω της ανεπαρκούς υποδομής και της περιορισμένης δυνατότητας ανταπόκρισης των κρατικών φορέων του τομέα ελέγχου και έγκρισης των μελετών αυτών. Προκειμένου να μειωθεί ο υπερβολικός φόρτος εργασίας των κεντρικών υπηρεσιών στον τομέα της έγκρισης των ΜΠΕ εκδόθηκαν τα ακόλουθα : I. Το Π.Δ. 28/93, σύμφωνα με το οποίο μεταβιβάζονται ορισμένες αρμοδιότητες για την προέγκριση χωροθέτησης στις περιφερειακές υπηρεσίες διανομαρχιακού επιπέδου του ΥΠΕΧΩΔΕ. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 15 από 111

17 II. II. Η ΚΥΑ 9529/94 με θέμα τη μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων για ορισμένα έργα και δραστηριότητες υπουργείων ( άρθ.3 του Ν. 1650/86 ) στους νομάρχες. III. III. Η ΚΥΑ 82742/95 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων σε έργα επεξεργασίας αστικών λυμάτων στους Γ.Γ.Περιφέρειας. IV. IV. Η ΚΥΑ 82743/95 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων σε έργα κοινοτικής, δημοτικής ή διακοινοτικής οδοποιίας στους Γ.Γ.Περιφέρειας. V. V. Η ΚΥΑ 47159/96 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων σε λιμενικά έργα στους Γ.Γ.Περιφέρειας. VI. VI. Η ΚΥΑ 21631/95 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων σε χοιροτροφικές και πτηνοτροφικές μονάδες στους Γ.Γ.Περιφέρειας. VII. VII. Η ΚΥΑ 24635/95 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων για εγκατάσταση τουριστικών μονάδων και τουριστικών κατασκηνώσεων στους Γ.Γ.Περιφέρειας. VIII. VIII. Η ΚΥΑ 84229/96 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων για μεμονωμένες υδρογεωτρήσεις και υδροηλεκτρικούς σταθμούς στους Γ.Γ.Περιφέρειας. IX. Η ΚΥΑ 82819/97 με θέμα την μεταβίβαση αρμοδιοτήτων έγκρισης περιβαλλοντικών όρων για υδραυλικά έργα στους Γ.Γ.Περιφέρειας. IX. X. Ο ν. 2647/98 με θέμα τη μεταβίβαση αρμοδιοτήτων στις Περιφέρειες και την Αυτοδιοίκηση Μετά από μια οκταετία περίπου, ισχύος τη ΚΥΑ 69269/90 καθιερώθηκε η νέα κατηγορία περιβαλλοντικών μελετών, με το ΠΔ 256/98, αποκαθιστώντας έτσι ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 16 από 111

18 το κενό που υπήρχε σχετικά με την εκπόνηση ΜΠΕ, αλλά και την ανάληψη της αντίστοιχης ευθύνης. Στην συνεχή εξέλιξή του ο θεσμός οπωσδήποτε πρέπει να βελτιωθεί ποιοτικά και να γίνει πιο αποτελεσματικός, ενώ αναμένεται να εμπλουτισθεί και να διευρυνθεί με νέους προσανατολισμούς, που θα περιλαμβάνουν την Εκτίμηση Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων για Πολιτικές, Σχέδια και Προγράμματα (SEA) Ανάγκη δημιουργίας περιβαλλοντικής πολιτικής Η προσπάθεια για ανάπτυξη αποτελούσε ανέκαθεν το όνειρο και την επιδίωξη γενεών με προοπτική την δημιουργία καλλίτερων συνθηκών διαβίωσης. Σε αυτό λοιπόν το όνειρο και επιδίωξη, λαοί και άτομα εγκλωβιστήκαμε κόβοντας μόνοι μας το δένδρου της γης που πάνω καθόμαστε. Πολλοί ισχυρίζονται ότι είναι πλέον αργά για να μπορέσουμε να σώσουμε το περιβάλλον του πλανήτη μας από την ανεπανόρθωτη καταστροφή που έχουμε επισυσσωρεύσει. Από την άλλη πλευρά μια "νέα ηθική" καθημερινά κερδίζει έδαφος, ηθική του περιβάλλοντος ή αλλιώς "συνείδηση περιβάλλοντος". Αυτό το μήνυμα που συνήθως οι απλοί πολίτες το έχουν ενστερνισθεί νωρίτερα από τις κυβερνήσεις τους, ήδη άρχισε να μορφοποιείται μέσα πλέον από τις εθνικές στρατηγικές ανάπτυξης. Η ανάγκη προληπτικής περιβαλλοντικής πολιτικής έχει καταδειχτεί ως το μοναδικό φάρμακο για την αντιμετώπιση των πολλαπλών περιβαλλοντικών προβλημάτων που επισωρεύει η ανθρώπινη δραστηριότητα στους πόρους του πλανήτη. Η πρόληψη, η αποκατάσταση αλλά και η παρακολούθηση των περιβαλλοντικών συνθηκών στο φυσικό, κοινωνικό αλλά και οικονομικό περιβάλλον από τις δράσεις μας οδήγησαν στην ανάγκη της θέσπισης και θεσμοθέτησης των Μελετών Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ). Οι ΜΠΕ αποτελούν μια στοιχειώδη ασφαλιστική δικλείδα για την προσέγγιση των περιβαλλοντικών ενδεχομένων επιπτώσεων από τα έργα, τα προγράμματα αλλά και τα προϊόντα. Και ενώ η σπουδαιότητα τους και συμβολή, αναγνωρίζεται από την διοίκηση, τους φορείς αλλά και τους πολίτες, εντούτοις όμως κινδυνεύουν να αποτελέσουν μια ακόμα γραφειοκρατική διεργασία χωρίς ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 17 από 111

19 να οδηγούν στο επιθυμητό αποτέλεσμα που είναι η πρόληψη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τις δράσεις. Βασικό άξονα στην χάραξη της περιβαλλοντικής πολιτικής αποτέλεσε η αρχή ότι η πρόληψη είναι σαφώς αποτελεσματικότερη και οικονομικά περισσότερο συμφέρουσα από τη θεραπεία. Η καθιέρωση του θεσμού των Μελετών Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ) στη διαδικασία αδειοδότησης και εκτέλεσης των έργων αποτελεί εφαρμογή της αρχής. Στο πλαίσιο του ΕΠΠΕΡ υποστηρίζεται ο θεσμός των ΜΠΕ και ενδεικτικά αναφέρεται ότι δεσμεύονται συγκεκριμένα κονδύλια προκειμένου να προωθηθεί η δημιουργία υποδομής για τον έλεγχο της τήρησης των περιβαλλοντικών όρων σε έργα και δραστηριότητες της χώρας (inspectorate) και να συνταχθούν εξειδικευμένες προδιαγραφές έτσι ώστε να οριστικοποιηθούν οι απαιτήσεις για την εκπόνηση των ΜΠΕ ανά κατηγορία βιομηχανικής δραστηριότητας και για διάφορα έργα. Σημειώνεται ότι τα έργα του ΚΠΣ για το περιβάλλον είναι στο σύνολό τους Δημόσια Έργα, γεγονός που δηλώνει το έντονο ενδιαφέρον της πολιτείας για την αναβάθμιση της ποιότητας της ζωής μας Μ.Π.Ε. : Στόχοι και κατευθυντήριες γραμμές Οι Μ.Π.Ε. αποτελούν μία μέθοδο ανάλυσης, η οποία επιχειρεί να προβλέψει τις επιπτώσεις προτεινόμενων έργων στο φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον της περιοχής στην οποία θα υλοποιηθούν περιλαμβάνοντας και τις επιπτώσεις στην κοινότητα και στους εργαζομένους της επιχείρησης. Οι Μελέτες Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (Μ.Π.Ε.) στοχεύουν στην αξιολόγηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από ένα προγραμματιζόμενο έργο ή δραστηριότητα, προκειμένου να προεγκριθεί η χωροθέτησή του και να προσδιοριστούν οι αναγκαίες προϋποθέσεις που πρέπει να τεθούν για την κατασκευή και λειτουργία του. Η μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων εκπονείται από υψηλόβαθμα στελέχη των εταιρειών που αναλαμβάνουν την υλοποίησης ενός έργου, σε συνεργασία με ανεξάρτητους, εξειδικευμένους συμβούλους καθώς επίσης και με ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 18 από 111

20 δημόσιους οργανισμούς και τοπικές αρχές. Οι Μ.Π.Ε. αποτελούν εργαλείο υποστήριξης της περιβαλλοντικής διαχείρισης το οποίο επιτρέπει να εκτιμηθούν οι πιθανές συνέπειες στο περιβάλλον πριν την έγκριση του έργου, ώστε να είναι δυνατή η εξέταση εναλλακτικών λύσεων οι οποίες θα τις ελαχιστοποιήσουν. Ο αντικειμενικός στόχος μίας Μ.Π.Ε. είναι να διασφαλίσει ότι από την υλοποίηση του υπό μελέτη έργου δεν θα προκύψει σημαντική αρνητική επίδραση στο περιβάλλον και ότι οι πιθανές συνέπειες θα αναγνωριστούν εγκαίρως, ώστε να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό του έργου. Οι Μ.Π.Ε. εκπονούνται πριν από οποιαδήποτε άλλη επενδυτική κίνηση και στοχεύουν να : Παρουσιάσουν προβλέψεις για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των προτεινόμενων έργων, με σκοπό να εντοπιστούν οι πιθανές συνέπειες για το περιβάλλον. Να επιτρέψουν την εξέταση εναλλακτικών λύσεων, οι οποίες μπορούν να μετριάσουν επαρκώς τις περιβαλλοντικές επιδράσεις και Να παρέχουν στις δημόσιες υπηρεσίες - ειδικά σε αυτές που έχουν σχέση με το έργο -και στις τοπικές αρχές τη δυνατότητα να σχολιάσουν το προτεινόμενο έργο. Οι Μ.Π.Ε. θα πρέπει να αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι όλων των επενδυτικών δραστηριοτήτων. Είναι αναγκαίο η συγκεκριμένη διαδικασία, που αφορά στη μελέτη, στην παρακολούθηση και στη συμμετοχή των πολιτών, να εφαρμόζεται σε κάθε επένδυση είτε πρόκειται για έργο χρηματοδοτούμενο από δημόσιους είτε από ιδιωτικούς φορείς. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 19 από 111

21 Κεφάλαιο Δεύτερο 2. Φωτοβολταϊκά συστήματα 2.1. Τι είναι το φωτοβολταϊκό στοιχείο; Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι ένα σύστημα δύο υλικών σε επαφή, το οποίο όταν φωτίζεται εμφανίζει στα άκρα του συνεχή ηλεκτρική τάση. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία σήμερα είναι στην ουσία δύο ημιαγώγιμα στρώματα σε επαφή, τα οποία είναι τύπου p και τύπου n, και εξωτερικά αυτών τοποθετούνται Εικόνα 1 - Η επαφή pn σε ηρεμία και όταν φωτιστεί ηλεκτρόδια. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν συνήθως τετραγωνική μορφή, ώστε η εσωτερική επαφή των ημιαγωγών να καταλαμβάνει την όλη την επιφάνεια του πλακιδίου. Για να έχουμε μια συνολική τάση ανοικτού κυκλώματος (Voc) 17V με 22V συνδέουμε πολλά φωτοβολταϊκά στοιχεία μεταξύ τους σε σειρά και έτσι δημιουργούμε μια φωτοβολταϊκή διάταξη, το φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Ο αριθμός των φωτοβολταϊκών στοιχείων επιλέγεται ώστε να ταιριάζει με την τάση φόρτισης ενός συσσωρευτή (Pb/H 2 SO 4 ) με ονομαστική τάση 12V. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια προσφέρουν την ανανεώσιμη ενέργεια από μια απεριόριστη πηγή ενέργειας, τον ίδιο τον ήλιο. Μία ερώτηση στην φωτοβολταϊκή βιομηχανία είναι πώς να επιτευχθούν χαμηλότερες δαπάνες χωρίς να επηρεαστεί ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 20 από 111

22 η απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων η οποία καθορίζει την ισχύ που δίνουν τα ΦΒ πλαίσια. Οι κατασκευαστικές εταιρίες για να αντιμετωπίσουν το προηγούμενο πρόβλημα αναπτύσσουν συνέχεια την τεχνολογία των φωτοβολταϊκών κυψελών. Πριν όμως ένα καινούργιο ΦΒ πλαίσιο εισαχθεί στην αγορά είναι σημαντικό από τους κατασκευαστές να μάθουν πόση ενέργεια παράγουν τα καινούργια πλαίσια σε διαφορικές περιβαλλοντολογικές συνθήκες και πώς διατηρούν την απόδοσή τους κατά την διάρκεια μεγάλων χρονικών περιόδων. Η θερμοκρασία είναι ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου (PV Module), η οποία εξαρτάται από την εισερχόμενη ακτινοβολία, από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος καθώς και από άλλους παράγοντες οι οποίοι αναλύονται στην συνέχεια. Οι κατασκευαστές φωτοβολταϊκών πλαισίων παρέχουν τις χαρακτηριστικές ποσότητες των πλαισίων (Isc, Voc, n, Ip max, Vp max, P max ) σε συγκεκριμένες συνθήκες (Standard Test Conditions) που για την θερμοκρασία είναι οι 25 βαθμοί Κελσίου. Σε πραγματικές συνθήκες είναι λογικό ότι η θερμοκρασία θα διαφέρει σημαντικά από την θερμοκρασία αναφοράς, π.χ. σε μια καλοκαιρινή ημέρα η θερμοκρασία του φωτοβολταϊκού πλαισίου μπορεί να φτάσει στους 50 βαθμούς Κελσίου και άνω ανάλογα με την στήριξη του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Στη αυτή την πτυχιακή εργασία ασχοληθήκαμε σε πρώτη φάση με την θεωρητική μελέτη της ενεργειακής συμπεριφοράς φωτοβολταϊκών πλαισίων τόσο κρυσταλλικών, πολυκρυσταλλικών όσο και άμορφων. Η εξάρτηση της παραγόμενης ενέργειας από την εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια, τη γωνία πρόσπτωσης της απευθείας ακτινοβολίας, τη σκόνη και την θερμοκρασία του πλαισίου είναι κάποια θέματα τα οποία μελετήθηκαν. Επίσης μελετήθηκαν και χαρακτηριστικές ποσότητες όπως η τάση ανοικτού κυκλώματος (Voc), το ρεύμα βραχυκύκλωσης (Isc) για να καθοριστεί πειραματικά η εξάρτησή τους από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος και να συγκριθούν με τις αντίστοιχες του κατασκευαστή. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 21 από 111

23 Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων πραγματοποιήσαμε μηχανικές και ηλεκτρονικές κατασκευές, οι οποίες περιγράφονται στα επόμενα κεφάλαια, που ήταν απαραίτητες για την πραγματοποίηση των πειραματικών μετρήσεων Τύποι Φωτοβολταϊκών Στοιχείων Πυριτίου Σήμερα οι βιομηχανίες που παράγουν φωτοβολταϊκά πλαίσια χρησιμοποιούν το πυρίτιο ως υλικό κατασκευής φωτοβολταϊκών κυψελών. Το πυρίτιο προέρχεται από την άμμο η οποία όταν υποστεί την κατάλληλη επεξεργασία τότε παράγεται το πυρίτιο που στην τελική του μορφή χαρακτηρίζεται από την υψηλή του καθαρότητα (99,99999%). Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία πυριτίου χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες (τύπους) : o Πολυκρυσταλλικά (polycrystalline Silicon) o Μονοκρυσταλλικά (single-crystal Silicon) o Ταινίας (Ribbon Silicon), και τα o Άμορφα (amorphous or thin film Silicon) Πολυκρυσταλλικά Στοιχεία Πυριτίου (Multicrystalline Silicon mc-si) Με αυτά τα στοιχεία έχουμε τη δυνατότητα να κατασκευάσουμε μεγάλες επιφάνειες φωτοβολταϊκών πλαισίων. Τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία κόβονται συνήθως Εικόνα 2 - Πολυκρυσταλλικό στοιχείο σε μικρά τετράγωνα τα οποία συνδέονται σε σειρά μεταξύ τους στο εσωτερικό του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Αυτού του είδους τα στοιχεία αποτελούνται από λεπτά επιστρώματα, πάχους 10 μm έως 50 μm. Στην επιφάνεια της πολυκρυσταλλικής κυψελίδας, διακρίνονται οι διαφορετικές μονοκρυσταλλικές περιοχές στις οποίες τα όριά τους αποτελούν θέσεις παγίδευσης των φορέων, οπότε όσο μικρότερο είναι το συνολικό μήκος αυτών των ορίων τόσο καλύτερη θα είναι η αγωγιμότητά τους. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι το ορθογώνιο ή τετραγωνικό σχήμα που έχουν ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 22 από 111

24 οι μονοκρυσταλλικές περιοχές έτσι ώστε να έχουμε καλύτερη χρησιμοποίηση της περιοχής ενότητας σε σύγκριση με τις στρογγυλές μονοκρυσταλλικές περιοχές. Από τα προηγούμενα συμπεραίνουμε ότι όσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις των μονοκρυσταλλικών περιοχών του πολυκρυσταλλικού ΦΒ στοιχείου, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοσή του. Σε εργαστηριακής μορφής κυψελίδα η απόδοση κυμαίνεται από 17% έως περίπου 20% ενώ σε βιομηχανικής μορφής ΦΒ πλαισίου από 10% έως και 14%. Τα πολυκρυσταλλικά ΦΒ πλαίσια χαρακτηρίζονται από την υψηλή χρονική σταθερότητα που έχουν, το χαμηλό κόστος παραγωγής τους (χαμηλότερο από το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο) και από το χρώμα τους το οποίο είναι γαλάζιο Μονοκρυσταλλικά Στοιχεία (Single-crystal Silicon) Εικόνα 3 - Μονοκρυσταλλικά στοιχεία κυψελίδων η απόδοσή τους κυμαίνεται από 13% έως 16%. Το βασικό υλικό αυτών των στοιχείων είναι μονοκρυσταλλικό του οποίου το πάχος είναι περίπου 300μm. Η απόδοσή τους κυμαίνεται από περίπου 21% έως περίπου 24% όταν έχουν μορφή κυψελίδας ενώ όταν έχουν μορφή Τα μονοκρυσταλλικά στοιχεία χαρακτηρίζονται από το υψηλό κόστος κατασκευής τους και το χρώμα τους είναι σκούρο μπλε ΦΒ Στοιχεία Ταινίας (Ribbon Silicon) Τα ΦΒ στοιχεία ταινίας είναι στην ουσία μια λεπτή ταινία από τηγμένο υλικό το οποίο είναι πολυκρυσταλλικό πυρίτιο με απόδοση 13%. Προς το παρόν το συγκεκριμένο είδος φωτοβολταϊκού στοιχείου έχει πολύ υψηλό κόστος κατασκευής και για το λόγο αυτό είναι περιορισμένης βιομηχανικής παραγωγής. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 23 από 111

25 ΦΒ Στοιχεία Άμορφου πυριτίου (Amorphous Silicon) Εικόνα 4 - Στοιχείο a-si Πιο συγκεκριμένα για την δημιουργία αυτών των στοιχείων χρησιμοποιείται μία τεχνολογία λεπτών επιστρώσεων η οποία έχει πολύ χαμηλό κόστος παραγωγής λόγω της μικρής χρησιμοποιούμενης μάζας υλικού. Το λεπτό επίστρωμα σχηματίζεται πάνω σε υπόστρωμα υποστήριξης, χαμηλού κόστους. Στα αρχικά στάδια φωτισμού του συγκεκριμένου είδους φωτοβολταϊκών στοιχείων η απόδοσή τους μειώνεται πάρα πολύ από 6% έως 8%. Η απόδοσή τους πέφτει τον χειμώνα και ανακτάται κατά την διάρκεια του καλοκαιριού. Το ενεργειακό χάσμα του άμορφου πυριτίου ταιριάζει καλύτερα στο ηλιακό φάσμα απ ότι το ενεργειακό χάσμα του κρυσταλλικού πυριτίου. Σήμερα η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται για την παρασκευή σύνθετων φωτοβολταϊκών στοιχείων με σκοπό την αύξηση του αξιοποιήσιμου τμήματος του ηλιακού φάσματος. Με σταθεροποιημένη απόδοση σε εργαστηριακές συνθήκες φτάνει στα 13%. Ένα χαρακτηριστικό τους είναι η δημιουργία διαδοχικών ΦΒ στοιχείων σε μεγάλες επιφάνειες ΦΒ πλαισίων οπότε τα καθιστά θελκτικά για εφαρμογές προσόψεων Απόδοση ΦΒ πλαισίων και παράγοντες που την επηρεάζουν Γενικά για τον συντελεστή απόδοσης Ο συντελεστής απόδοσης ενός ΦΒ πλαισίου είναι το πηλίκο της αποδιδόμενης ηλεκτρικής ισχύος προς την προσπίπτουσα στο πλαίσιο, ισχύ της ηλιακής ακτινοβολίας G. S. P m n m = GS όπου P m η αποδιδόμενη μέγιστη ηλεκτρική ισχύς G η πυκνότητα ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας στο επίπεδο του ΦΒ πλαισίου ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 24 από 111

26 S το εμβαδόν του πλαισίου. Η απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες των υλικών κατασκευής τους, τη θερμοκρασία των κυψελίδων και την πυκνότητα ισχύος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Άλλος παράγοντας είναι το φαινόμενο της θερμής κηλίδας σύμφωνα με το οποίο όταν μία κυψελίδα υποστεί βλάβη επιφέρει ολική αχρήστευση του φωτοβολταϊκού πλαισίου διότι η σκιασμένη κυψελίδα λειτουργεί όπως η απλή δίοδος p-n, η οποία όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, δέχεται από τις άλλες μια υψηλή ανάστροφη τάση με αποτέλεσμα την καταστροφή της. Άλλοι παράγοντες είναι η εισχώρηση υγρασίας στο εσωτερικό των ΦΒ πλαισίων και οι συνακόλουθες αλλοιώσεις δομής της ΦΒ κυψελίδας, οι σκόνες και άλλα σώματα στην επιφάνεια όψης των πλαισίων Αναλυτική παρουσίαση παραγόντων που επηρεάζουν την απόδοση ΦΒ πλαισίων - Παράγοντας γήρανσης ΦΒ πλαισίου Προσδιορίζει την ελάττωση της απόδοσης ΦΒ πλαισίου λόγω της γενικότερης αλλοίωσης της ΦΒ κυψελίδας η οποία οφείλετε κυρίως στην υπερθέρμανση κάποιων ΦΒ στοιχείων ή τμημάτων του πλαισίου. Η απόδοση του ΦΒ πλαισίου μειώνεται τυπικά 1% το χρόνο λόγω της γήρανσης του υλικού και για αυτό το λόγο οι εταιρίες δίνουν εγγύηση 25 χρόνων. - Οπτικές ενεργειακές απώλειες Αυτές καθορίζονται από την απόκλιση της απόδοσης σε σχέση με αυτή των πρότυπων συνθηκών, λόγω των επόμενων αιτιών: o Διαφοροποίηση ανακλαστικότητας ΦΒ πλαισίου σε σχέση με την αντίστοιχη σε STC. Δηλαδή η αύξηση της ανακλαστικότητας του φωτοβολταϊκού πλαισίου εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 25 από 111

27 ακτινών στην επιφάνειά του. Σε γωνίες πρόσπτωσης πάνω από τις 60 ο έχουμε αυξημένη ανακλαστικότητα ενώ για μικρότερες γωνίες είναι η μεταβολή είναι ασήμαντη. o Επίδραση διαφοροποίησης φάσματος ακτινοβολίας σε σχέση με το ΑΜ1,5 Αφορούν στην επίδραση της διαφοροποίησης του φάσματος της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας κατά την διάρκεια της ημέρας. o Απώλειες διαφοροποίησης της πόλωσης. Διαφοροποίηση της πόλωσης της προσπίπτουσας-διερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας κατά την διάρκεια της ημέρας. o Επίδραση διαφοροποίησης φάσματος ακτινοβολίας σε σχέση με το ΑΜ1.5. Αφορά την επίδραση που έχει η διαφοροποίηση του ΑΜ κατά την διάρκεια της ημέρας σε σχέση με το ΑΜ1.5 των προτύπων συνθηκών. o Απώλειες διαφοροποίησης της πόλωσης. Διαφοροποίηση της πόλωσης της προσπίπτουσας-διερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας κατά την διάρκεια της ημέρας. Η μέση ετήσια επίδραση του παράγοντα αυτού προσδιορίζεται σε ~2%. o Απώλειες χαμηλών τιμών πυκνότητας ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας. Σε χαμηλές τιμές ηλιακής ακτινοβολίας μειώνεται η απόδοση της φωτοβολταϊκής κυψελίδας και κυρίως σε ηλιακή ακτινοβολία κάτω της τιμής των 200W/m 2. Οι συγκεκριμένες απώλειες υπολογίζονται σε 3% κατά μέσο όρο το έτος. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 26 από 111

28 o Καθαρότητα όψεως του ΦΒ πλαισίου. Η καθαρότητα της γυάλινης επιφάνειας του φωτοβολταϊκού πλαισίου είναι σημαντική διότι η επικάθιση σκόνης και λοιπών άλλων σωματιδίων προκαλεί μείωση της απόδοσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. - Επίδραση θερμοκρασίας ΦΒ κυψελίδας Περιγράφει την διαφοροποίηση της απόδοσης του πλαισίου, λόγω της διαφοράς μεταξύ της θερμοκρασίας λειτουργίας της κυψελίδας και της θερμοκρασίας της σε πρότυπες συνθήκες (STC). Ο παράγων θερμοκρασίας της φωτοβολταϊκής κυψελίδας περιγράφεται από την ακόλουθη έκφραση: n 1 ( ) T P C STC m Όπου θ C = θερμοκρασία κυψελίδας, γ Pm = Θερμικός συντελεστής της απόδοσης Για το πυρίτιο ο θερμικός συντελεστής είναι περίπου -0,0045/Κ στη περιοχή θερμοκρασιών κυψελίδας ο C. Αυτή η εξάρτηση της θερμοκρασίας της φωτοβολταϊκής κυψελίδας από τις συνθήκες περιβάλλοντος του φωτοβολταϊκού πλαισίου μπορεί να δοθεί με μια πιο αναλυτική έκφραση η οποία είναι: Gt B ws C ( T1 e T2 ) G STC Όπου θ α = θερμοκρασία του περιβάλλοντα αέρα G t = πυκνότητα ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας στο επίπεδο του φωτοβολταϊκού πλαισίου, Β = εμπειρικός συντελεστής ws = ταχύτητα ανέμου, Τ 1 και Τ 2 = εμπειρικοί συντελεστές που προσδιορίζονται με βάση τις οριακές τιμές της θερμοκρασίας κυψελίδας σε χαμηλές και υψηλές ταχύτητες ανέμου, Δθ = η διαφορά θερμοκρασιών κυψελίδας και της πίσω επιφάνειας του ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 27 από 111

29 φωτοβολταϊκού πλαισίου. - Συντελεστής απωλειών στη δίοδο αντεπιστροφής,nd. Είναι ένας συντελεστής ο οποίος εκφράζει τις απώλειες ενέργειας στη δίοδο αντεπιστροφής οι οποίες εκτιμώνται σε ~1% άρα ο συντελεστής απωλειών είναι nd Συγκριτικά στοιχεία και επίδραση της θερμοκρασίας σε αυτά Τα ηλεκτρικά στοιχεία που θα τεθούν υπό σύγκριση είναι το ρεύμα βραχυκύκλωσης Ι sc, η τάση ανοικτού κυκλώματος V oc, η τιμή του ρεύματος του πλαισίου Ι m, η τάση V m στο σημείο μέγιστης ισχύος και η μέγιστη ισχύς του, P m. Τα ηλεκτρικά στοιχεία αυτά θα συγκριθούν με τα αντίστοιχα που δίνει ο κατασκευαστής σε πρότυπες συνθήκες (STC) Επίδραση της θερμοκρασίας στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού στοιχείου Η ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια στην κυψελίδα και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας της. Σε συνθήκες χρήσης στο ύπαιθρο, όπου το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι ενσωματωμένο σε ΦΒ πλαίσιο, η διαφορά θερμοκρασιών λειτουργίας της κυψελίδας και της θερμοκρασίας του περιβάλλοντα αέρα αυξάνεται γραμμικά, ως συνάρτηση της πυκνότητας της ολικής ηλιακή ακτινοβολίας, δηλαδή: C a o kw 30 C / 2 G m Όπου θ C = θερμοκρασία λειτουργίας κυψελίδας θ α = θερμοκρασία περιβάλλοντα αέρα G = πυκνότητα ολικής ηλιακής ακτινοβολίας Εφόσον μεταβάλλεται λοιπόν αυτή η διαφορά, μεταβάλλονται το ρεύμα βραχυκύκλωσης I sc και η τάση ανοικτού κυκλώματος V oc. Γενικά παρατηρείται μια σταθερή ποσοστιαία αύξηση του I sc από τους -10 ο C έως τους 60 ο C της ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 28 από 111

30 θερμοκρασίας της φωτοβολταϊκής κυψελίδας. Αυτή η αύξηση αποδίδεται ως εξής: Όπου a ISC di I dt I E I sc sc, STC 1 I sc C STC ESTC SC = θερμικός συντελεστής του ρεύματος βραχυκύκλωσης του SC φωτοβολταϊκού στοιχείου, I sc,stc = η τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης σε STC, E = η πυκνότητα ισχύος της ακτινοβολίας, Ε STC = 1000 W/m 2 T = θ. Από τον προηγούμενο τύπο βλέπουμε ότι έχουμε αναλογική εξάρτηση του ρεύματος βραχυκύκλωσης από την πυκνότητα ισχύος της ακτινοβολίας. Ο συντελεστής α Ιsc έχει τιμές στο διάστημα ai SC K K 1, με τιμή αναφοράς. Η τάση ανοικτού κυκλώματος μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας της κυψελίδας. Αυτή την εξάρτηση την βλέπουμε αναλυτικά στην παρακάτω έκφραση: V E V, 1 1 ln OC E oc oc STC V c STC c Όπου V oc, STC = τάση ανοικτού κυκλώματος σε STC, C = διορθωτικός παράγοντας της εξάρτησης της V OC από την Ε, dv OC VOC VOCdT = θερμικός συντελεστής τάσης ανοικτού κυκλώματος του φωτοβολταϊκού στοιχείου. STC Το V OC έχει τιμές στο διάστημα K 1 με τιμή αναφοράς V K OC Αυτή η ελάττωση οφείλεται στην εξάρτηση του ρεύματος κόρου της διόδου από τη θερμοκρασία. Η ηλεκτρική ισχύς που αποδίδεται από το φωτοβολταϊκό στοιχείο όταν αυτό λειτουργεί στο σημείο μέγιστης ισχύος περιγράφεται από τον παρακάτω τύπο: ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 29 από 111

31 E P V I P 1 m E m m m P P C STC STC dp Όπου P m = θερμικός συντελεστής μέγιστης ισχύος του φωτοβολταϊκού P dt m P m, STC m, STC στοιχείου, P V I = μέγιστη ηλεκτρική ισχύς σε πρότυπες συνθήκες. Ο θερμικός συντελεστής μέγιστης ισχύος είναι προσεγγιστικά ίσος με P K 1 για το c-si. m Επομένως, ο παράγων θερμότητας που καθορίζει την επίδραση της θερμοκρασίας στην τιμή της ισχύς αιχμής και στο συντελεστή απόδοσης του φωτοβολταϊκού στοιχείου δίνεται ως εξής: n 1 T Pm C STC Όπως βλέπουμε από τον παραπάνω τύπο η ισχύς αιχμής και η απόδοση του φωτοβολταϊκού στοιχείου εμφανίζουν γραμμική εξάρτηση από τη θερμοκρασία Εξάρτηση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του πλαισίου από την θερμοκρασία κυψελίδας Οι σχέσεις των Ι SC και V OC που προαναφέρθηκαν στην παράγραφο οι οποίες περιγράφουν την εξάρτηση αυτών των στοιχείων από τη θερμοκρασία της φωτοβολταϊκής κυψελίδας ισχύουν και στην περίπτωση του φωτοβολταϊκού πλαισίου με τη διαφορά όμως ότι η V OC προκύπτει από το άθροισμα των επιμέρους τάσεων των στοιχείων που βρίσκονται συνδεδεμένα σε σειρά. Οι σχέσεις που περιγράφουν την εξάρτηση του ρεύματος και της τάσεως του φωτοβολταϊκού πλαισίου όταν αυτό λειτουργεί στο σημείο μέγιστης ισχύος του είναι οι εξής: Όπου a I m E I E I a C, 1 m C m, STC m C STC 0 ESTC E E Vm Vm, STC 1 V 1 ln 2 ln m C STC C C E STC E STC = θερμικός συντελεστής ρεύματος στην κατάσταση του σημείου λειτουργίας, 2 ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 30 από 111

32 V m = θερμικός συντελεστής τάσης στην κατάσταση του σημείου λειτουργίας, I m, STC = ρεύμα σε πρότυπες συνθήκες, V m, STC = τάση σε πρότυπες συνθήκες, C0, C1, C 2 = εμπειρικοί συντελεστές προσαρμογής στα πειραματικά δεδομένα. Οι θερμικοί συντελεστές της τάσης και του ρεύματος εξαρτώνται από το υλικό των φωτοβολταϊκών στοιχείων, από τη θερμοκρασία και από την πυκνότητα ισχύος. Η αποδιδόμενη ηλεκτρική ισχύς από το φωτοβολταϊκό πλαίσιο υπολογίζεται σύμφωνα με τις παραπάνω εξισώσεις ως εξής:,,, P E I E V E m C m C m C Η ισχύς αυτή στην περίπτωση του c-si (κρυσταλλικό πυρίτιο) περιγράφεται από τη σχέση: Όπου P m E P (, E) P 1 m E m C P P C STC STC είναι ο θερμικός συντελεστής μέγιστης ισχύος ο οποίος εξαρτάται από τη θερμοκρασία της φωτοβολταϊκής κυψελίδας, το υλικό της και την πυκνότητα ισχύος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας Η καμπύλη I-V Μελετώντας τις εξισώσεις μεταφοράς των φορέων φορτίου στην περιοχή μετάβασης, ο αποκαλούμενος ιδανικός νόμος της διόδου μπορεί να εξαχθεί για μια επαφή pn στο σκοτάδι, όταν κανένα φορτίο δεν παράγεται από το φως του ήλιου. Αυτός ο νόμος γράφεται ως εξής: Όπου I ρεύμα της διόδου I0 ρεύμα κορεσμού q στοιχειώδες φορτίο V η τάση της διόδου qv/kbt I = I 0(e - 1), (2.5.1) ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 31 από 111

33 T θερμοκρασία Όταν ο φωτισμός λαμβάνεται υπόψη, η εξίσωση τροποποιείται ως εξής: Όπου qv/kbt I = I 0(e - 1) - I L, (2.5.2) IL το φωτο-παραγόμενο ρεύμα. Η παραπάνω εξίσωση καθορίζει την σχέση ρεύματος-τάσης μιας ιδανικής φωτοβολταϊκής κυψελίδας με σειριακή αντίσταση (Series resistance) RS 0 και RSH (Shunt resistance). Τις χαρακτηριστικές I-V που αντιστοιχούν στις εξισώσεις (2.5.1) και (2.5.2) τις βλέπουμε στην παρακάτω εικόνα: Η χαρακτηριστική IV μιας φωτισμένης επαφής pn είναι στην ουσία η σκοτεινή καμπύλη IV που μετατοπίζεται προς τα κάτω από το ρεύμα I L. Η τάση ανοικτού κυκλώματος V OC και το ρεύμα βραχυκύκλωσης βρίσκονται εκεί όπου η καμπύλη εφάπτεται με τους άξονες. Η μέγιστη ισχύς που μπορεί να εξαχθεί από το ΦΒ στοιχείο βρίσκεται στο σημείο V, I. Βλέπουμε από την παραπάνω εικόνα ότι η σκοτεινή χαρακτηριστική της διόδου βρίσκεται στο πρώτο και στο τρίτο τεταρτημόριο, ενώ η καμπύλη IV μιας φωτισμένης διόδου, η οποία αντιπροσωπεύει ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο σε λειτουργία, περνάει από το τέταρτο τεταρτημόριο. Αυτό το τεταρτημόριο, όπου το ρεύμα είναι αρνητικό και η τάση θετική, είναι το τεταρτημόριο όπου το φωτοβολταϊκό στοιχείο παράγει ισχύ. Τέσσερις σημαντικές παράμετροι έχουν χαρακτηριστεί στην παραπάνω εικόνα. Το ρεύμα σε μηδενική τάση καλείται ρεύμα βραχυκύκλωσης I ανοικτού κυκλώματος V SC OC MPP MPP, ενώ η τάση σε μηδενικό ρεύμα καλείται τάση. Το σημείο στην χαρακτηριστική IV όπου η παραγόμενη ισχύς είναι στο μέγιστο δεν είναι κανένα από αυτά τα σημεία, αλλά είναι μάλλον κάπου στο τόξο. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 32 από 111

34 Αυτό το σημείο ονομάζεται σημείο μέγιστης ισχύος. Οι αντίστοιχες τιμές του ρεύματος και της τάσης καλούνται σημείο μέγιστης ισχύος ρεύματος και μέγιστης ισχύος τάσης V MPP I MPP. Δεδομένου ότι μόνο το μέρος της χαρακτηριστικής IV που βρίσκεται στο τέταρτο τεταρτημόριο είναι σχετικό για εφαρμογές με φωτοβολταϊκά στοιχεία, η καμπύλη IV είναι αντιστραμμένη ως προς άξονα της τάσης και κομμένη και στους δύο άξονες, έτσι ώστε και το ρεύμα και η τάση να έχουν μόνο θετικές τιμές. Η καμπύλη IV, σε ένα κανονικό φωτοβολταϊκό στοιχείο με R S και αντιστάσεις shunt R SH, μετατοπίζεται πιο κοντά στους άξονες του ρεύματος και της τάσης. Μεγάλες τιμές R S προκαλούν μείωση του ρεύματος, ενώ οι μικρές τιμές μειώνουν την τάση όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: R SH Μηχανισμοί απωλειών είναι επίσης υπεύθυνοι που η καμπύλη IV γίνεται πιο επίπεδη, και ο αποκαλούμενος παράγων πλήρωσης FF είναι ένα μέτρο προσέγγισης αυτής. Ορίζεται ως: V FF V MPP Ο παράγων πλήρωσης αντιστοιχεί στην αναλογία μεταξύ της παραχθείσας ισχύος και της ισχύος σε μια ιδανική περίπτωση όπου η καμπύλη IV έχει ορθογώνια μορφή χωρίς απώλειες. Ο παράγων πλήρωσης, η απόδοση και οι παράμετροι της καμπύλης IV είναι πολύ σημαντικοί στη μελέτη των OC I I MPP SC ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 33 από 111

35 φωτοβολταϊκών, διότι οι τιμές τους μας αποκαλύπτουν το πόσο καλά λειτουργεί ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο. Η καμπύλη IV ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου είναι όμοια με αυτή ενός μόνο ΦΒ στοιχείου, αλλά συνήθως είναι πιο επίπεδη λόγω απωλειών. Το σημείο της καμπύλης IV που πρέπει να λειτουργεί ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο μέγιστης ισχύος MPP. Σε πρακτικές εφαρμογές, το σημείο λειτουργίας καθορίζεται από το φορτίο στο κύκλωμα, παραδείγματος χάριν από την μπαταρία που φορτίζεται Πρότυπες συνθήκες ελέγχου (Standart Test Conditions, STC) των χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων. Η έννοια της ισχύος αιχμής. Τα βασικά χαρακτηριστικά, τα οποία ελέγχονται σε ένα εργαστηριακά παρασκευασμένο ΦΒ στοιχείο καθώς επίσης και στο τελικά διατιθέμενο βιομηχανικό προϊόν (φωτοβολταϊκό πλαίσιο), είναι: o η ενεργειακή απόδοση n, o ο παράγων πλήρωσης FF, o το ρεύμα βραχυκύκλωσης I SC, o και η τάση ανοικτού κυκλώματος V OC, σε συγκεκριμένες συνθήκες φωτισμού (πυκνότητα ισχύος και φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας) και θερμοκρασίας του στοιχείο. Η γνώση των χαρακτηριστικών αυτών μεγεθών επιτρέπει τον έλεγχο της αποδοτικότητας του φωτοβολταϊκού στοιχείου κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, που να αντιπροσωπεύουν τυπικές καταστάσεις εκμετάλλευσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Για το σκοπό αυτό, καθορίστηκαν διεθνώς, οι ακόλουθες πρότυπες συνθήκες ελέγχου (Standard Test Conditions, STC) των χαρακτηριστικών ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου ή πλαισίου. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 34 από 111

36 Πίνακας 1 - Πρότυπες Συνθήκες Ελέγχου ΠΡΟΤΥΠΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ Πυκνότητα ηλιακής ακτινοβολίας 1 kw/m² Ηλιακό φάσμα ΑΜ1.5 Θερμοκρασία ΦΒ στοιχείου 25 C ± 2 C Στα ειδικά εργαστήρια ελέγχου και πιστοποίησης των χαρακτηριστικών των φωτοβολταϊκών στοιχείων, ο χώρος ελέγχου βρίσκεται στην προκαθορισμένη θερμοκρασία των 25 ο C. Το φάσμα εκπομπής της χρησιμοποιούμενης πηγής φωτισμού, προσομοιάζει προς το ηλιακό, του συγκεκριμένου φάσματος (ΑΜ1.5). Η πηγή αυτή λειτουργεί στιγμιαία, ώστε η θερμοκρασία του υλικού του ΦΒ στοιχείου να παραμένει στα προκαθορισμένα όρια των προτύπων συνθηκών. Επιπλέον, η ακτινοβολία από την τεχνητή πηγή προσπίπτει κάθετα στην επιφάνεια του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Στην πράξη, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, ενσωματωμένα στη μονάδα που ονομάζεται φωτοβολταϊκό πλαίσιο, λειτουργούν κάτω από φυσικό ηλιακό φως, του οποίου τα χαρακτηριστικά μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ημέρας καθ όλο το έτος και η αποδιδόμενη ηλεκτρική ενέργεια εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και από τις ιδιαίτερες κλιματικές συνθήκες του τόπου εγκατάστασης. Σε μερικά εργαστήρια, πραγματοποιούνται μετρήσεις χαρακτηριστικών των φωτοβολταϊκών στοιχείων-πλαισίων χρησιμοποιώντας φυσικό ηλιακό φως με τα χαρακτηριστικά των πρότυπων συνθηκών. Με βάση τις πρότυπες συνθήκες, εισάγεται η έννοια της ισχύος αιχμής (P P ), ως χαρακτηριστικό του φωτοβολταϊκού στοιχείου, η δε μονάδα της στο SI είναι W P. Ισχύς αιχμής ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου, είναι η μέγιστη ηλεκτρική ισχύς, που μπορεί να αποδώσει, κάτω από τις πρότυπες συνθήκες ελέγχου (STC). Η έννοια αυτή χρησιμοποιείται ομοίως, για το χαρακτηρισμό ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου ή μιας φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Αποτελεί το χαρακτηριστικό στοιχείο με βάση το οποίο προσδιορίζεται το μέγεθος της φωτοβολταϊκής συστοιχίας ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 35 από 111

37 Κεφάλαιο Τρίτο 3. Αιολική Ενέργεια 3.1. Η πηγή του ανέμου Η θερμική ενέργεια του ήλιου που πέφτει στην επιφάνεια της γης, παράγει κίνηση της ατμόσφαιρας σε μεγάλη κλίμακα, στην οποία υπερτίθενται τοπικές μεταβολές που προξενούνται από διάφορους παράγοντες. Όταν ο αέρας θερμαίνεται στις περιοχές του ισημερινού γίνεται ελαφρότερος και αρχίζει να ανυψώνεται, στις δε περιοχές των πόλων ο κρύος αέρας αρχίζει να κατεβαίνει. Ο αέρας που ανυψώνεται στον ισημερινό κινείται προς βορά και προς νότο. Η κίνηση αυτή σταματά στις 30 Β (βόρεια) και 30 Ν (νότια), όπου ο αέρας αρχίζει να κατεβαίνει (βυθίζεται), οπότε μια ροή ψυχρού αέρα λαμβάνει χώρα στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Η επιτάχυνση που προκαλεί η δύναμη Coriolis, που οφείλεται στην περιστροφή της γης, προκαλεί μια απόκλιση της ροής του αέρα από τον ισημερινό προς τους πόλους, προς τα ανατολικά, και της επιστρεφόμενης ροής από τους πόλους προς τον ισημερινό, προς τα δυτικά κατ' αυτόν τον τρόπο παράγονται οι πορείες των ανέμων. Στις 30 Β και 30 Ν η ατμοσφαιρική κίνηση χαρακτηρίζεται από δυτικούς ανέμους. Η γενική άποψη της κίνησης της ατμόσφαιρας σε ευρεία κλίμακα φαίνεται στην Εικόνα 3.1. Η διαφορική θέρμανση ξηράς και θάλασσας προξενεί περισσότερες μικροαλλαγές στη ροή του αέρα. Η φάση μιας ορισμένης περιοχής, που εκτείνεται από όρη και κοιλάδες σε πιο τοπικά εμπόδια, όπως π.χ. κτήρια και δένδρα, επηρεάζει επίσης σημαντικά τη ροή του ανέμου Τα χαρακτηριστικά του ανέμου Η ισχύς που παρέχει ο άνεμος στην ανεμογεννήτρια είναι ανάλογος του κύβου της ταχύτητας του ανέμου, όπως παρουσιάζεται παρακάτω. Είναι λοιπόν απαραίτητο να γνωρίσουμε με λεπτομέρεια τον άνεμο και τα χαρακτηριστικά του για να μπορούμε να υπολογίσουμε, την απόδοση της ανεμογεννήτριας, με ακρίβεια. Είναι κοινώς γνωστό ότι μεγάλες ταχύτητες ανέμων απαντώνται στις κορυφές των λόφων, σε εκτεθειμένες στον άνεμο ακτές και στα πελάγη. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 36 από 111

38 Χρειάζεται να γίνουν γνωστές διάφορες παράμετροι του ανέμου, όπως, η μέση ταχύτητα, η κατεύθυνση, οι μεταβολές γύρω από τη μέση ταχύτητα σε μικρό χρονικό διάστημα (θύελλες), οι ημερήσιες, εποχιακές και ετήσιες μεταβολές και οι μεταβολές ανάλογα με το ύψος του εδάφους. Εικόνα 5 - Γενική άποψη της κυκλοφορίας των ανέμων πάνω στην επιφάνεια της γης. Δημοσιεύεται με την άδεια του Παγκοσμίου Μετεωρολογικού Οργανισμού. Οι παράμετροι αυτές είναι διαφορετικές για κάθε τόπο και μπορούν να προσδιοριστούν με ικανό αριθμό επακριβών μετρήσεων, για μεγάλη χρονική περίοδο, σε έναν ορισμένο τόπο. Οι παράμετροι αυτές χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της απόδοσης και των οικονομικών ενός αιολικού σταθμού παραγωγής ενέργειας. Τα γενικευμένα μετεωρολογικά στατιστικά δεδομένα οδηγούν πολλές φορές σε υπερεκτίμηση των ταχυτήτων των ανέμων σ' έναν ορισμένο τόπο. Τα τμήματα αυτού του κεφαλαίου που ακολουθούν περιγράφουν τις διαδικασίες παραγωγής του ανέμου σ' έναν ορισμένο γεωγραφικό τόπο και εντρυφούν σε περισσότερες λεπτομέρειες που αφορούν πρακτικές ποσοτικές περιγραφές των χαρακτηριστικών του ανέμου Όριο μεταβολής ταχυτήτων ανέμου καθ' ύψος Η ροή του ανέμου σε μικροκλίμακα επηρεάζεται από τοπικά εμπόδια όπως, κτήρια, δένδρα και φύση του εδάφους π.χ. από το αν υπάρχουν οργωμένα χωράφια ή αν τα χωράφια περιέχουν φυτά. Περιοχές με νερό, όπως λίμνες ή θάλασσα επηρεάζουν επίσης αυτή τη ροή. Η τριβή του ανέμου με την εκάστοτε επιφάνεια του εδάφους προκαλεί διακυμάνσεις στη ροή του ανέμου, οπότε η ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 37 από 111

39 ταχύτητα του μεταβάλλεται ανάλογα με τον τόπο και το χρόνο. Η μεταβολή της ταχύτητας του ανέμου φαίνεται στην Εικόνα 6που δείχνει ένα τυπικό δείγμα μεταβολής της ταχύτητας του ανέμου εντός ορισμένου χρονικού διαστήματος, που ελήφθη με ανεμόμετρο αναρτημένο πάνω στην άτρακτο μιας ανεμογεννήτριας. Ορισμένες μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου οφείλονται στην τύρβη που δημιουργεί το κινητό πλαίσιο (ο δρομέας) της ανεμογεννήτριας και η άτρακτος της, αλλά αυτό το γεγονός δεν κρύβει την πολυπλοκότητα των χαρακτηριστικών του ανέμου. Εικόνα 6 - Μετρήσεις ταχυτήτων ανέμου που ελήφθησαν με ανεμόμετρο που ήταν αναρτημένο σε μια άτρακτο ανεμογεννήτριας διαμέτρου 33 μέτρων, εντός χρονικού διαστήματος 100 δευτερολέπτων Η στιγμιαία ταχύτητα του ανέμου V μπορεί να περιγραφεί ως το άθροισμα της μέσης ταχύτητας Vm και ενός μεταβαλλόμενου μεγέθους ταχύτητας ν: V = Vm + v (3.1.) Η μέση ταχύτητα του ανέμου Vm προσδιορίζεται τυπικά ως η μέση τιμή εντός χρονικού διαστήματος 10 λεπτών. Η διακύμανση της ροής είναι ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας του τετραγώνου της μέσης ταχύτητα [RMS] του μεταβαλλόμενου μεγέθους ταχύτητας V 2 και ορίζεται ως ένταση της τύρβης Tu και δίνεται ως ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 38 από 111

40 T u = V 2 V m = 1 = [ 1 V m T V2 dt] Σε ανώμαλο έδαφος (π.χ. όπου υπάρχουν πολλά δένδρα και κτήρια) η ένταση της τύρβης κυμαίνεται από 0,15-0,2. Για ομαλό έδαφος η ένταση έχει μια τυπική τιμή 0, Μεταβολή ταχύτητας ανέμου ανάλογα με το ύψος Η ταχύτητα του ανέμου στην επιφάνεια του εδάφους είναι μηδενική λόγω της τριβής του αέρα με την επιφάνεια. Η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται με το ύψος πλησιέστερα προς την επιφάνεια του εδάφους, αυξάνεται δε λιγότερο καθώς απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια. Σε ύψος περίπου 2 km πάνω από την επιφάνεια του εδάφους η ταχύτητα του ανέμου μηδενίζεται. Οι μεταβολές αυτές της ταχύτητας του ανέμου συναρτήσει του ύψους συνιστούν το "προφίλ της ταχύτητας του ανέμου" που μπορεί να εκφραστεί με διάφορες συναρτήσεις. Δύο από τις κυριότερες αυτές συναρτήσεις που περιγράφουν τη μεταβολή της μέσης ταχύτητας του ανέμου συναρτήσει του ύψους έχουν βασιστεί σε πειραματικά δεδομένα και δίδονται παρακάτω. 0 T 1/2 - Εκθετική Συνάρτηση V (z) = V r ( Z a ) Z r όπου Z είναι το ύψος από την επιφάνεια του εδάφους, V r η ταχύτητα του ανέμου στο ύψος αναφοράς zr πάνω από την επιφάνεια του εδάφους, V (Z) η ταχύτητα του ανέμου σε ύψος Z και α είναι ένας εκθέτης που εξαρτάται από τη μορφολογία (ανάγλυφο) του εδάφους. ανέμου, σε Μια τυπική τιμή του α μπορεί να είναι 0,1. Έτσι, αν η ταχύτητα του ύψος 10m είναι 20 m/s, η ταχύτητα αυτή σε ύψος 40 m θα είναι 20 ( ) 0,1 = 23 m/s ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 39 από 111

41 - Λογαριθμική Συνάρτηση V ln ( Z (z) Z ) = 0 V (10) ln ( 10 Z ) 0 όπου V (10) είναι η ταχύτητα του ανέμου σε ύψος 10 m από την επιφάνεια του εδάφους και Z 0 είναι το μήκος της ανωμαλίας του εδάφους. πίνακα 2. Οι παράμετροι α και Z 0 για διαφορετικούς τύπους εδαφών δίδονται στον Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οι δυο συναρτήσεις για τον υπολογισμό της μέσης ταχύτητας του ανέμου σε ορισμένο ύψος, αν είναι γνωστή η μέση ταχύτητα του ανέμου στο ύψος αναφοράς. Η Εικόνα 7. δείχνει το μέσο και το πραγματικό προφίλ μεταβολής της ταχύτητας του ανέμου κατά το ύψος. Πίνακας 2 - Παράμετροι για τονυπολογισμό κατακόρυφου προφίλ ταχύτητας ανέμου Τύπος Εδάφους Κατάταξη ανωμαλίας του εδάφους Μήκος ανωμαλίας του εδάφους, Z 0 (m) Εκθέτης α Υδάτινες περιοχές 0 0,001 0,01 Ανοικτός χώρος, λίγα εμπόδια 1 0,12 0,12 Αγροτική περιοχή με κτήρια και αχυρώνες 2 0,05 0,16 Αγροτική περιοχή με πολλά δένδρα, 3 δάση, χωριά 0,3 0,28 Εικόνα 7 - Παράσταση του κατακόρυφου προφίλ μεταβολής των ταχυτήτων του ανέμου κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 40 από 111

42 3.5. Στατιστική του άνεμου Ένα τυπικό ιστόγραμμα ταχυτήτων του ανέμου φαίνεται στην Εικόνα 8. Το ιστόγραμμα αυτό έχει κατασκευαστεί από δεδομένες μετρήσεις που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια πολλών ετών και δείχνει την πιθανότητα, ή το κλάσμα του χρόνου, όπου η ταχύτητα του ανέμου βρίσκεται εντός του γραμμικού διαστήματος που δίνεται από το πλάτος κάθε στήλης. Τα δεδομένα έχουν μετρηθεί σε θύλακες του 1 m/s, δηλαδή 4,5-5,5 και 5,5-6,5 m/s, κλπ. Εικόνα 8 - Παράσταση του κατακόρυφου προφίλ μεταβολής των ταχυτήτων του άνεμου κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Το άθροισμα του ύψους των στηλών είναι 1 ή 100%. Όταν το πλάτος των στηλών γίνει μικρότερο, το ιστόγραμμα γίνεται μια συνεχής συνάρτηση που ονομάζεται συνάρτηση πυκνότητας της πιθανότητας. Μια απλή και χρήσιμη ερμηνεία της συνάρτησης πυκνότητας της πιθανότητας της ταχύτητας ανέμου, είναι ότι δείχνει την πιθανότητα μιας ταχύτητας ανέμου σε οριακό διάστημα 1 m/s, να βρίσκεται στο κέντρο της τιμής της V. Έτσι, αναφερόμενοι στην Εικόνα 8, η πιθανότητα μιας ταχύτητας ανέμου να είναι μεταξύ 4,5 και 5,5 m/s είναι 0,104 ή (0,104 x 8760) = 910 ώρες το έτος (24 x 365 = 8760 ώρες/έτος). ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 41 από 111

43 Το ιστόγραμμα λαμβάνει υπόψη την ετήσια μεταβολή και τη μεταβολή από έτος σε έτος για όσα έτη καλύπτουν οι στατιστικές Μετατροπή της αιολικής ενέργειας Πώς η μεταβολή της ταχύτητας του ανέμου εντός μιας χρονικής περιόδου μετατρέπεται σε ετήσια ενέργεια εξόδου σε κιλοβατώρες (kwh) από τη ανεμογεννήτρια; Αντιλαμβανόμαστε κατ' αρχήν ότι πρέπει να ξεκινήσουμε από μια σειρά μετρήσεων ταχυτήτων ανέμου για κάποιο χρονικό διάστημα και κατόπιν να ολοκληρώσουμε την ισχύ σε σειρές μικρών χρονικών διαστημάτων που συνιστούν την επιθυμητή χρονική περίοδο. Αυτό μπορούμε να το επιτύχουμε αν πάρουμε τη χαρακτηριστική ισχύος της ανεμογεννήτριας και την συσσωρευτική κατανομή των ταχυτήτων του ανέμου. Πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη τη μεταβολή των ταχυτήτων του ανέμου σε συνάρτηση με το ύψος, έτσι ώστε να επιλέξουμε μια αντιπροσωπευτική τιμή ταχύτητας ανέμου που θα διέλθει το θάλαμο της ατράκτου της ανεμογεννήτριας. Ανάλογα με τις ταχύτητες των ανέμων που επικρατούν σε ορισμένη γεωγραφική τοποθεσία, η ανεμογεννήτρια θα παράγει μια ετήσια μέση ισχύ που αντιστοιχεί στο 30% της μεγίστης υπολογιζόμενης ισχύος. Αν υποθέσουμε ότι η ανεμογεννήτρια θα είναι διαθέσιμη να λειτουργεί κατά το 95% του χρόνου, χωρίς άλλες διακοπές, τότε ο συνολικός συντελεστής ετήσιου φόρτου ή συντελεστής ικανότητας υπολογίζεται ως 0,3 x 0,95 = 0,285 ή 28,5%. Μια ανεμογεννήτρια των 100 KW εργαζόμενη σε πλήρη ισχύ εξόδου θα παράγει θεωρητικά ετησίως ισχύ 8,76 x 105 KWh κατά μέγιστο. Τα 100 kw είναι μόνο ένα κλάσμα της κινητικής ενέργειας του ανέμου, σημαντικά χαμηλότερο από το όριο Betz και ίσως τόσο χαμηλό όσο 0,40. Για ετήσιο συντελεστή ικανότητας 28,5% η πραγματική ισχύς εξόδου θα ήταν 2,5 x 105 kwh ετησίως, που με 0,08 ευρώ την κιλοβατώρα θα είχαμε μικτό κέρδος ευρώ. Η ιδεώδης, θεωρητικά, χαρακτηριστική ισχύος για μια ανεμογεννήτρια φαίνεται στην Εικόνα 3.5. Κάτω από 5 m/s που είναι το όριο αποκοπής ταχύτητας ανέμου δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια στον άνεμο για να υπερβεί τις μηχανικές και ηλεκτρικές ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 42 από 111

44 απώλειες της ανεμογεννήτριας. Μεταξύ 5 m/s και 13 m/s η ισχύς εξόδου αυξάνεται ραγδαία σε συνάρτηση με την ταχύτητα του ανέμου και δίνεται από τον τύπο W = C p 1 2 p A 3 1 V 0 Η εξίσωση δε δίνει την ακριβέστερη συνάρτηση του κύβου της ταχύτητας του ανέμου, δεδομένου ότι ο συντελεστής απόδοσης C p μεταβάλλεται σε συνάρτηση με την ταχύτητα του ανέμου. Σ' αυτό το παράδειγμα ο σχεδιαστής της ανεμογεννήτριας περιόρισε την ισχύ που μετατρέπεται από το δρομέα της ανεμογεννήτριας στα 100 KW. Η επιλογή αυτή έγινε για να περιοριστεί η αντοχή και έτσι το βάρος και το κόστος των εξαρτημάτων της ανεμογεννήτριας. Όμως έτσι μπορεί να χαθεί ετησίως ενέργεια που θα παράγονταν από μεγαλύτερη ανεμογεννήτρια. Εν τούτοις ας λάβουμε υπόψη την τυπική κατανομή ταχυτήτων ανέμου. Εικόνα 9 - Θεωρητική χαρακτηριστική μιας ανεμογεννήτριας 100 kw ή καμπύλη ισχύος. Σημειώστε ότι για λίγες μόνο ώρες το χρόνο η ταχύτητα του ανέμου ξεπερνά τα 13 m/s, οπότε και η ισχύς εξόδου του δρομέα της ανεμογεννήτριας ξεπερνά τα 100 kw. Έτσι η ετήσια απώλεια σε εισόδημα θα είναι μικρή. Βέβαια, σε περιοχές που η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγάλη, θα επιλεγόταν διαφορετική μεγίστη ισχύς ανεμογεννήτριας. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 43 από 111

45 Κυρίως, δυο μέθοδοι ρύθμισης της ισχύος εξόδου μιας ανεμογεννήτριας υπάρχουν για την περίπτωση που προαναφέραμε. Η μηχανική ρύθμιση στροφών κατά την οποία ελαττώνεται η αεροδυναμική επιφάνεια των περιστρεφόμενων πτερυγίων, οπότε ελαττώνεται και ο C p. Επίσης η μηχανική ρύθμιση πέδησης κατά την οποία τα πτερύγια σταματούν να κινούνται όταν η ταχύτητα του ανέμου υπερβαίνει ένα προκαθορισμένο όριο, οπότε και πάλι περιορίζεται η ισχύς που μεταδίδεται από το δρομέα, μέσω μηχανισμού οδοντωτών τροχών, προς την ηλεκτρογεννήτρια. Η ταχύτητα του ανέμου, στο ύψος της πλήμνης (της έλικας), που παράγει τη μέγιστη (εκτιμηθείσα) ισχύ, ονομάζεται ταχύτητα εκτίμησης ανέμου και στο παράδειγμα αυτό είναι 13 m/s. Στην πράξη η καμπύλη ισχύος μιας ανεμογεννήτριας κατασκευάζεται από μετρήσεις ταχύτητας ανέμου και ισχύος εξόδου που γίνονται μέσα σε χρονικά διαστήματα 10 λεπτών και καταγράφεται η μέση τιμή για κάθε τέτοιο χρονικό διάστημα. Οι μετρήσεις της ταχύτητας του ανέμου γίνονται σε κάποια απόσταση από την έλικα του στροβίλου και δε λαμβάνουν υπόψη διακυμάνσεις της ταχύτητας του ανέμου δια μέσω της έλικας. Επίσης, λαμβάνεται πάλι ο μέσος όρος ενός μεγάλου αριθμού μέσων όρων 10 λεπτών μετρήσεων δια της τεχνικής των θυλάκων, οπότε παράγεται μια καμπύλη ισχύος σε πιο στρογγυλοποιημένη μορφή από αυτή της Εικόνας Πηγές αιολικής ενέργειας ανά τον κόσμο Για να εκτιμήσουμε το δυναμικό αιολικής ενέργειας ανά τον πλανήτη, πρέπει να γνωρίζετε τη μέση τιμή της ταχύτητας του ανέμου πάνω στην επιφάνεια του πλανήτη. Βέβαια, έχουν γίνει τέτοιες μετρήσεις και τα αποτελέσματα αυτά έχουν δημοσιευτεί σε παγκόσμιους αιολικούς άτλαντες για περιοχές, χώρες, ηπείρους, ακόμα και για όλη την επιφάνεια της γης. Αν και οι άτλαντες αυτοί χαρτογραφούν δεδομένα που έχουν υπολογιστεί κατά προβολική προσεγγιστική εκτίμηση και έχουν βασιστεί σε σταθμούς μετρήσεων διασκορπισμένους σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους, εν τούτοις μπορούν να μας βοηθήσουν να κάνουμε μια πρώτη εκτίμηση. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 44 από 111

46 Το Παγκόσμιο Συμβούλιο Ενέργειας (1994) δίνει τις ακόλουθες εκτιμήσεις. Περί τα 27% της στερεάς επιφάνειας της γης σαρώνονται από ανέμους μέσης ταχύτητας μεγαλύτερης των 5,1 m/s σε ύψος 10 m από την επιφάνεια του εδάφους. Μόνο 4% αυτής της επιφάνειας μπορεί να είναι διαθέσιμη για αιολικούς σταθμούς (αιολικά πάρκα) παραγωγής ενέργειας λόγω ακαταλληλότητας του εδάφους, κατοικημένων περιοχών, καλλιεργημένων αγρών κ.ά. Αν υποθέσουμε ότι έχουμε μια ικανότητα παραγωγής ενέργειας 8 MW/km 2 ανά επιφάνεια εδάφους και ένα συντελεστή ικανότητας 23%, εκτιμάται ότι το παγκόσμιο δυναμικό παραγωγής αιολικής ηλεκτρενέργειας ανέρχεται σε TWh (Τεραβατώρες) ετησίως. Για παράδειγμα το 1987 η παγκόσμια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ήταν περίπου TWh. Σημειώνουμε εδώ ότι αυτή η εκτίμηση είναι για ανεμογεννήτριες συνδεδεμένες σε δίκτυο μεγάλης κλίμακας και εξαρτάται από μια ποικιλία υποθέσεων. Δε συμπεριλαμβάνει το δυναμικό παραγωγής από αιολική ενέργεια σε παράκτιες περιοχές, σε βραχονησίδες, σε πελάγη καθώς και για μικρής κλίμακας παραγωγή με ανεμογεννήτριες για ταχύτητες ανέμου 3 m/s και ανεμαντλίες για πότισμα (συγκρότημα ανεμοκινητήρα και υδραντλίας). Περίπου το 50% του στερεού εδάφους του πλανήτη εκτίθεται σε μέση ετήσια ταχύτητα ανέμου 4,4 m/s και 5,1 m/s που είναι κατάλληλες για μικρές ανεμογεννήτριες. Το Διεθνές Πρακτορείο Ενέργειας εκτίμησε ότι το 1991 η ολική εγκατεστημένη αιολική ηλεκτροπαραγωγή συνδεδεμένη στο δίκτυο διανομής ανερχόταν σε MW και αναλογούσε σε μηχανές που παρήγαγαν 3,8 TWh, αν υποθέσουμε ότι ο συντελεστής ικανότητας παραγωγής ήταν 20%. Μέχρι το 1996 η εγκατεστημένη ισχύς στο δίκτυο υπερέβη τα MW. Επίσης, υποτίθεται ότι πάνω από ένα εκατομμύριο ανεμαντλίες λειτουργούν με συνολική ενεργειακή παραγωγή 150 MWh ετησίως. Να σημειωθεί ότι μόνο ένα μικρό μέρος του προς παραγωγή δυναμικού έχει χρησιμοποιηθεί μέχρι τώρα. Το Παγκόσμιο Συμβούλιο Ενέργειας (1994) εκτιμά ότι μέχρι το έτος 2020, αν συνεχιστεί η τωρινή πολιτική ενέργειας, θα παραχθεί αιολική ηλεκτρική ενέργεια 375 TWh προς κατανάλωση ανά τον κόσμο, δηλαδή περί το 1,5% της παγκοσμίου εκτιμητέας ζήτησης. Εάν δοθούν και διάφορα κίνητρα, ίσως ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 45 από 111

47 οικολογικής αναγκαιότητας, η εκτίμηση αυτή μπορεί να πολλαπλασιαστεί επί 3. Φαίνεται λοιπόν ότι η αιολική ενέργεια, για παραγωγή ηλεκτρικής ενεργείας, θα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στις επόμενες δεκαετίες Εξαρτήματα και Λειτουργικά Χαρακτηριστικά Στην ενότητα που ακολουθεί θα περιγράψουμε την διάταξη και τα κύρια εξαρτήματα μιας τυπικής ανεμογεννήτριας οριζοντίου άξονα περιστροφής για ηλεκτροπαραγωγή, και τις κυριότερες αρχές που σχετίζονται με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά μιας μόνο ανεμογεννήτρια, καθώς και μιας ομάδας ανεμογεννητριών που συνιστούν έναν αιολικό σταθμό ή αιολικό πάρκο ή φάρμα ηλεκτροπαραγωγής Γενική διάταξη Η γενική διάταξη μιας τυπικής ανεμογεννήτριας οριζοντίου άξονα περιστροφής φαίνεται στην Εικόνα 10. Η ενέργεια που παίρνουμε από τον άνεμο μέσω μιας έλικας χρησιμοποιείται είτε απ' ευθείας σαν μηχανική ενέργεια, όπως π.χ. για την κίνηση μιας υδραντλίας, είτε μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω ηλεκτρογεννήτριας. Οι ακόλουθοι παράμετροι χρησιμοποιούνται συνήθως για τον προσδιορισμό της ανεμογεννήτριας: - Ύψος ατράκτου: βασικά το ύψος του άξονα περιστροφής της έλικας πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 46 από 111

48 Εικόνα 10 - Κύρια εξαρτήματα ανεμογεννήτριας οριζοντίου άξονα - Επιφάνεια σαρώσεως: η επιφάνεια που καλύπτει η περιστρεφόμενη έλικα και που σαρώνεται από τον άνεμο (επιφάνεια κύκλου). - Στερεότητα: ο λόγος του αθροίσματος της επιφάνειας κάθε πτερυγίου της έλικας προς την επιφάνεια σαρώσεως. - Λόγος ταχύτητας ακραίου σημείου: ο λόγος (το πηλίκων) της ταχύτητας του άκρου του πτερυγίου προς την ταχύτητα του ανέμου. - Εκτιμητέα ισχύς: η μέγιστη συνεχής ισχύς εξόδου στο σημείο ηλεκτρικής σύνδεσης. Ακολούθως περιγράφονται τα κύρια εξαρτήματα μιας ανεμογεννήτριας που συνδέεται στο δίκτυο. Όταν περισσότερες από μία ανεμογεννήτριες συνιστούν σταθμό ή πάρκο, η εκτιμητέα ισχύς τους μπορεί να ανέρχεται σε ή περισσότερα kw και η διάμετρος των ελίκων τους μπορεί να φτάνει τα 25 - ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 47 από 111

49 50 m. Εμπορικά πρωτότυπα έως 1.5 MW είναι ακόμα υπό δοκιμή στην Ευρώπη και τα χαρακτηριστικά τους περιγράφονται από τον Hau και άλλους (1993). Μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες έως 4 MW και διάμετρο έλικας 100 m έχουν κατασκευαστεί πειραματικά αλλά η απόδοση τους ήταν απογοητευτική. Φαίνεται λοιπόν ότι τόσο η εκτιμητέα ισχύς όσο και η διάμετρος των ανεμογεννητριών του εμπορίου θα αυξάνεται αργά με το πέρασμα του χρόνου μέχρις ότου επιτευχθεί το οικονομικώς βέλτιστο αποτέλεσμα. Προς το παρόν η διάμετρος της έλικας που δίνει τη βέλτιστη οικονομική απόδοση παραμένει θέμα υπό συζήτηση Σχεδιασμός κυρίων στοιχείων Τα βασικά εξαρτήματα μιας ανεμογεννήτριας ηλεκτροπαραγωγής είναι η έλικα, το, σύστημα μετάδοσης κίνησης (ή κιβώτιο ταχυτήτων), η γεννήτρια και το σύστημα απόκλισης (ή προσανεμισμού), καθώς και το σύστημα ελέγχου της μηχανής. Η σύνδεση των εξαρτημάτων αυτών φαίνεται στην Εικόνα 11. Τα περισσότερα εξαρτήματα είναι συνδεδεμένα εντός της ατράκτου, η οποία μπορεί να στρέφεται σύμφωνα με την κατεύθυνση του ανέμου (προσανεμισμός). Η άτρακτος είναι εξαρτημένη πάνω σε πύργο. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 48 από 111

50 Εικόνα 11 -Διαμήκης τομή ατράκτου ανεμογεννήτριας ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 49 από 111

51 Το ηλεκτρικό σύστημα λειτουργεί εντός των ορίων των παραμέτρων τάσης, συχνότητας και περιεχομένου αρμονικών συχνοτήτων. Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από τις ανεμογεννήτριες δεν κάνει συνήθως παρεμβολές στο υπόλοιπο τοπικό δίκτυο διανομής μιας πόλης ή ενός χωριού, για παράδειγμα. Οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται περισσότερο ως πηγές ενέργειας παρά ως συσκευές ελέγχου διατήρησης ποιότητας της παρεχομένης στο δίκτυο ισχύος. Πάντως, σε πολλές εγκαταστάσεις απαιτούνται προσεκτικοί υπολογισμοί για να μην υποβιβαστεί η ποιότητα της παρεχομένης ισχύος στο τοπικό δίκτυο. Συνηθίζεται όμως, να συνδέεται η έξοδος της ανεμογεννήτριας απ' ευθείας στο τοπικό δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, όπως φαίνεται στην Εικόνα 12. Εικόνα 12 - Σχηματικό διάγραμμα ανεμογεννήτριας σταθερής ταχύτητας περιστροφής: Ν = κιβώτιο οδοντωτών τροχών μετάδοσης κίνησης, Α = ασύγχρονη επαγωγική ηλεκτρογεννήτρια, SS = εκκινητής, PFC = διόρθωση συντελεστή ισχύος, Τx = μετασχηματιστής. Χρησιμοποιείται συνήθως ασύγχρονη επαγωγική τριφασική γεννήτρια πολικής τάσης 690 V. Στη βάση κάθε πύργου υπάρχει μετασχηματιστής που αυξάνει την τάση π.χ. στα 10 kv για σύνδεση στο δίκτυο διανομής. Λόγω των χαρακτηριστικών της γεννήτριας χρησιμοποιείται εκκινητής για σύνδεση στο δίκτυο, καθώς και πυκνωτές για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος. Ο εκκινητής, οι πυκνωτές, ο πίνακας σύνδεσης στο δίκτυο μαζί με τους διακόπτες, καθώς και το σύστημα ελέγχου περικλείονται σε θαλαμίσκο που βρίσκεται στη βάση του πύργου. Η γεννήτρια λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, που ορίζεται από τη συχνότητα του δικτύου διανομής π.χ. 50 Hz. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 50 από 111

52 Για το σκοπό αυτό υπάρχει το κιβώτιο αυτόματης αλλαγής ταχυτήτων δι' οδοντωτών τροχών, οπότε, έστω και αν η έλικα αλλάξει ταχύτητα περιστροφής λόγω αλλαγής εντάσεως ανέμου, η γεννήτρια και πάλι θα περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα. Αυτό βέβαια σημαίνει ότι ο στρόβιλος δεν αποδίδει όλη την ενέργεια του ανέμου στη γεννήτρια, κυρίως όταν η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται. Κατά τα πρώτα στάδια εξέλιξης της ανεμογεννήτριας είχαν χρησιμοποιηθεί δύο γεννήτριες που κινούνταν από τον ίδιο άξονα (της έλικας). Η μία γεννήτρια λειτουργούσε με χαμηλή ταχύτητα περιστροφής και η άλλη με υψηλή ταχύτητα. Όταν ο άνεμος έπνεε με μεγάλη ταχύτητα αποσυνδέετε η γεννήτρια χαμηλής ταχύτητας και συνδέετε στο δίκτυο διανομής η άλλη και αντίστροφα. Αργότερα χρησιμοποιήθηκε μία γεννήτρια με δυο επαγωγικά τυλίγματα πηνίων, για μικρή και μεγάλη ταχύτητα περιστροφής. Η λειτουργία με δύο ταχύτητες περιστροφής δεν αύξησε και πολύ την ετήσια ισχύ εξόδου. Πάντως, το πλεονέκτημα που έχουν οι μικρές ταχύτητες ανέμου είναι το ότι η ταχύτητα περιστροφής του ακραίου σημείου του πτερυγίου μιας έλικας είναι μικρή, οπότε ανάλογα μικρός είναι και ο αεροδυναμικός θόρυβος. Κατά τις σύγχρονες εξελίξεις των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων ισχύος, η λειτουργία της ανεμογεννήτριας σε μεταβλητές ταχύτητες ανέμου είναι πρακτικά εφικτή και οικονομικά συμφέρουσα σε ορισμένες περιπτώσεις. Στην Εικόνα 13 φαίνεται μια τεχνολογική προσέγγιση για λειτουργία σε μεταβαλλόμενες ταχύτητες. Επειδή η τεχνολογία αυτή βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη, υπάρχουν πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις. Στην Εικόνα αυτή φαίνεται η ζεύξη του άξονα της έλικας με τον άξονα περιστροφής της γεννήτριας μέσω κιβωτίου ταχυτήτων. Η μονάδα ανόρθωσης του τριφασικού εναλλασσομένου ρεύματος σε συνεχές (DC), βρίσκεται στη βάση του πύργου. Στον ίδιο θαλαμίσκο (στη βάση του πύργου) υπάρχει και μια μονάδα μετατροπέα (I) που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC) σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) σταθερής τάσης και συχνότητας (50 Hz), καθώς και ένας μετασχηματιστής που ανεβάζει την τάση για να τη συνδέσει με το δίκτυο διανομής. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 51 από 111

53 Εικόνα 13 - Σχηματικό διάγραμμα ανεμογεννήτριας για λειτουργία σε μεταβλητές ταχύτητες: Ν = κιβώτιο ταχυτήτων, S = σύγχρονη γεννήτρια, R = ανορθωτής, I = μετατροπέας, Τx= μετασχηματιστής. Η βασική αρχή λειτουργίας συνίσταται στη μετατροπή του εναλλασσομένου ρεύματος που παράγει η γεννήτρια σε συνεχές, και, στη συνέχεια, στη μετατροπή του συνεχούς ρεύματος πάλι σε εναλλασσόμενο, αλλά σταθερής πολικής τάσης και συχνότητας εναλλαγής, έστω και αν η γεννήτρια περιστρέφεται με μεταβαλλόμενη συχνότητα, λόγω μεταβολής της ταχύτητας του ανέμου. Στην αρχή χρησιμοποιούντο θύριστορ ως διακόπτες γι' αυτή τη μετατροπή, όμως αυτά παρήγαγαν αρμονικές συχνότητες και αρκετή παραμόρφωση στη μορφή της τάσης του εναλλασσομένου ρεύματος. Σήμερα χρησιμοποιούνται τρανζίστορ ισχύος που λειτουργούν ταχύτερα και παράγουν εναλλασσόμενη τάση σχεδόν ημιτονοειδή με πολύ λιγότερες αρμονικές συχνότητες Η έλικα Οι ανεμογεννήτριες που χρησιμοποιούνται σε σταθμούς (αιολικά πάρκα) παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έχουν συνήθως δύο ή τρία πτερύγια και ταχύτητα άκρου του πτερυγίου από 50 έως 70 m/s. Με αυτές τις ταχύτητες του ακραίου σημείου του πτερυγίου, μια έλικα τριών πτερυγίων δίνει την καλύτερη απόδοση, αν και οι έλικες με δύο πτερύγια αποδίδουν 2-3% λιγότερο. Είναι επίσης δυνατόν να υπάρχει ένα πτερύγιο με αντίβαρο, για ζυγοστάθμιση, ως έλικα, με απόδοση 6% μικρότερη αυτής των δυο πτερυγίων. Οι έλικες με λιγότερα πτερύγια περιστρέφονται πιο γρήγορα, οπότε ο θόρυβος από την τύρβη στο ρύγχος και τη διάβρωση είναι τα πιο εμφανή προβλήματα. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 52 από 111

54 Επίσης οι κραδασμοί στον άξονα της έλικας αυξάνονται όταν έχουμε λιγότερα πτερύγια. Για το λόγο αυτό η κατασκευή ενός τέτοιου άξονα έλικας επιτρέπει λίγες μοίρες απόκλιση γύρω από τον οριζόντιο άξονα περιστροφής. Έτσι, η φόρτιση των πτερυγίων της έλικας, που οφείλεται σε θύελλες και μεγάλες αλλαγές στην ένταση του ανέμου, ελαττώνεται. Πάντως στις έλικες με τρία πτερύγια οι δυνάμεις φόρτισης διαμοιράζονται κατά τον καλύτερο τρόπο και η έλικα φαίνεται αισθητικά ωραιότερη. Στην κατασκευή των πτερυγίων της έλικας χρησιμοποιείται πλαστικό ενισχυμένο με ίνες γυαλιού [GRP], καθώς και ράβδοι ξύλου με πανί, πλαστικό ενισχυμένο με ίνες άνθρακα [CFRP], ή και κράμα χάλυβα με αργίλιο (αλουμίνιο). Για έλικες διαμέτρου μικρότερης των 5 m χρησιμοποιούνται υλικά με κριτήριο της αποδοτική μαζική παραγωγή και όχι τα ζητήματα βάρους, δυσκαμψίας ή άλλων ειδικών χαρακτηριστικών της έλικας. Τα πτερύγια έλικας για μεγάλες ανεμογεννήτριες κατασκευάζονται από GRP, και στις περισσότερες περιπτώσεις η επίστρωση με ρητίνες πολυεστέρα γίνεται με το χέρι, όπως ακριβώς και στα κήτη μικρών θαλασσίων σκαφών. Η εργασία αυτή δεν απαιτεί εξειδικευμένο εργατικό προσωπικό και για πτερύγια μήκους μικρότερου των 20 m δεν υπάρχει ανησυχία για υπερβολικό βάρος και στερεότητα κατά τη σχεδίαση και κατασκευή. Βέβαια, υπάρχουν και πολυπλοκότεροι τρόποι χρησιμοποίησης των GRP, οι οποίοι ελαττώνουν το βάρος και αυξάνουν τη στερεότητα, αλλά δεν μπορούν να αναφερθούν με λεπτομέρεια εδώ. Για παράδειγμα, οι ίνες γυαλιού τοποθετούνται με πιο ακριβή τρόπο επί προδιογκωμένων φύλλων, με χρήση εποξικής ρητίνης υψηλότερης απόδοσης και πήξης σε ορισμένη ελεγχόμενη θερμοκρασία. Προς το παρόν φαίνεται ότι το άπλωμα του πολυεστέρα με το χέρι, και η προσεκτική επιλογή της τοποθέτησης των ινών, προσφέρει μια λύση χαμηλού κόστους για πτερύγια GRP μεγάλου μήκους. Το ξύλο συνέβαλε πολύ σαν υλικό κατασκευής των πρώτων ανεμόμυλων. Έχει μικρό βάρος, είναι φτηνό και έχει μεγάλη αντοχή. Όμως διαβρώνεται εύκολα και έχει μεγάλο κόστος κατεργασίας. Χρησιμοποιείται όμως μια τεχνική με "ψυχρή επίστρωση" που προσδίδει ορισμένα πλεονεκτήματα. Φύλλα ξύλου επιστρώνονται με εποξική ρητίνη και συμπιέζονται για να σχηματίσουν τη μορφή ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 53 από 111

55 του πτερυγίου. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται και για την κατασκευή μεγαλύτερων πτερυγίων. Τα πτερύγια από CFRP κατασκευάστηκαν μέχρι τώρα σε μικρές ποσότητες ως πειραματικά πρωτότυπα. Το υλικό αυτό έχει το ελάχιστο βάρος και μεγάλη ακαμψία, αλλά κοστίζει ακριβά. Υπήρχε η ελπίδα ότι τα υλικά από ίνες άνθρακα θα ήταν φθηνότερα, όμως αυτό μέχρι στιγμής δε συμβαίνει, αντίθετα, η τιμή τους αυξάνεται σταθερά. Υπήρχε και η σκέψη να χρησιμοποιηθεί και ο χάλυβας στα πτερύγια, όμως ο λόγος αντοχής στην κόπωση προς το βάρος του υλικού αυτού είναι μικρός και η αυτεπαγόμενη κόπωση λόγω βάρους, μεγάλη. Το αλουμίνιο χρησιμοποιήθηκε σε πειραματικές κατασκευές πτερυγίων χωρίς μεγάλη επιτυχία, εφ' όσον η αντοχή του σε κοπώσεις είναι πολύ μικρότερη αυτής του χάλυβα. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 54 από 111

56 Εικόνα 14 - (α) Τομή πτερυγίου ξύλου/κόλλας εποξικής ρητίνης (β) Τομή πτερυγίου GRP (γ) Εγκάρσια τομή πτερυγίου ξύλου/κόλλας εποξικής ρητίνης. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 55 από 111

57 Τα πτερύγια που κατασκευάζονται από μη μεταλλικά υλικά παρουσιάζουν προβλήματα στη ρίζα, δηλαδή στη σύνδεση του πτερυγίου με την πλήμνη του άξονα περιστροφής. Εκεί οι ροπές κάμψης είναι μεγαλύτερες και η αλλαγή της ακαμψίας μεταξύ της πλήμνης (που είναι μεταλλική), και της ρίζας του πτερυγίου (που δεν είναι από μέταλλο), οδηγεί αναπόφευκτα σε συγκέντρωση τάσεων. Το πρόβλημα λύνεται εν μέρει είτε με κόλληση μεταλλικών σωλήνων πάνω στην πλήμνη και την εμφύτευση τους στο πτερύγιο με κόλλα εποξικής ρητίνης, αλλά και με άλλους τρόπους. Λέγεται ότι το καλύτερο πτερύγιο (από αεροδυναμική άποψη), είναι κατά 10% αποδοτικότερο από μια ξύλινη σανίδα. Αυτό αληθεύει εν μέρει, διότι η ποικιλία των ταχυτήτων και διευθύνσεων των ανέμων που ανθίσταται ένα πτερύγιο έλικας συγχέει κάθε διάκριση. Πάντως, στην επιλογή ενός καλού πτερυγίου, που θα βελτιώσει σε μεγάλο βαθμό την απόδοση της μηχανής, συμβάλλουν τα εξής χαρακτηριστικά: - μεγάλη τιμή λόγου άνωσης (L) προς αντίσταση (D) [L/D] για απόδοση ευρείας κλίμακας - καλά χαρακτηριστικά πέδησης - αντοχή σε κακομεταχείριση από καιρικές συνθήκες - χαμηλή παραγωγή θορύβου Επιπλέον το σχήμα του πτερυγίου πρέπει να είναι συμβατό με τη διαδικασία παραγωγής, αν και με την τεχνική της ψυχρής επίστρωσης δεν υφίστανται περιορισμοί. Επίσης η αεροτομή του πτερυγίου πρέπει να αφήνει αρκετό χώρο για την εντός αυτού κατασκευή ώστε αυτή να ανθίσταται στα φορτία κόπωσης που το ίδιο το πτερύγιο αναπτύσσει. Πρόσφατα, κατασκευάστηκαν πτερύγια βασισμένα σε νέα σχέδια αεροτομών, που όμως δεν απέδωσαν αρκετά για να δικαιολογήσουν τις επενδύσεις σε έρευνα, ανάπτυξη, εργαλεία και ανθρώπινο δυναμικό, οπότε οι επενδυτές τείνουν να είναι συντηρητικοί επιλέγοντας παλιότερα σχέδια που αποδεδειγμένα απέδωσαν καλύτερα, όπως π.χ. τα NACA 632ΧΧ, NACA 634 XX και το NASA LS XX. Τα πτερύγια τείνουν να έχουν αεροτομές με ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 56 από 111

58 αυξημένη ανύψωση κοντά στη ρίζα, που μειώνεται βαθμηδόν καθώς φτάνει στο άκρο του πτερυγίου. Αυτό καθορίζει το γενικό σχήμα του πτερυγίου. Τα σημερινά πτερύγια έχουν ρίζα κυκλικής διατομής. Η διατομή αλλάζει βαθμηδόν σε παχύτερη αεροτομή που στο μεγαλύτερο μήκος της χορδής του έχει ακτίνα που αντιστοιχεί στο 20 με 30% της αρχικής διατομής στη ρίζα. Η αεροτομή βαθμηδόν σμικρύνεται και περιστρέφεται καθώς φτάνει στο άκρο του πτερυγίου. Η σμίκρυνση, η περιστροφή και όλα τα χαρακτηριστικά της αεροτομής συνδυάζονται έτσι ώστε να λαμβάνεται η μεγαλύτερη δυνατή ενέργεια από τον άνεμο ανάλογα με τις επικρατούσες εκάστοτε τοπικές συνθήκες. Υπάρχουν εμπορικά προγράμματα που μπορούν να προβλέψουν την απόδοση, αν και η απόδοση που αφορά στην πέδηση δεν έχει κατανοηθεί πλήρως, οπότε οι προβλέψεις εδώ βασίζονται σε εμπειρικά δεδομένα. Η αβεβαιότητα κατ' αυτή την πρόβλεψη είναι ακόμα ένας λόγος που η επιλογή της κατάλληλης αεροτομής είναι ακόμα δύσκολη και περιορισμένη. Η έλικα (και συνεπώς η άτρακτος της ανεμογεννήτριας), μπορεί να εγκατασταθεί επί του πύργου στήριξης κατά δυο τρόπους, ως προς το μέτωπο του ανέμου κατά την πλώρη ή κατά την πρύμνη της ατράκτου. Κατά την πλώρη ο άνεμος αντιμετωπίζει πρώτα την έλικα, κατόπιν τον πύργο στήριξης και τέλος την ουρά (την πρύμνη) της ατράκτου. Στην κατά πρύμνη εγκατάσταση ο άνεμος αντιμετωπίζει πρώτα την ουρά της ατράκτου, κατόπιν τον πύργο στήριξης και τέλος την έλικα. Στην κατά πρύμνη εγκατάσταση ο πύργος αφήνει πίσω του μια "σκιά" της οποίας η τύρβη προκαλεί στην έλικα αυξημένο θόρυβο και κυκλικά (περιφερειακά) φορτία δυνάμεων. Για το λόγο αυτό τα πτερύγια της έλικας έχουν μια κλίση που σχηματίζει κωνική χοάνη της οποίας η βάση απομακρύνεται από τον πύργο στήριξης. Στην κατά πρύμνη εγκατάσταση ο άνεμος προσανατολίζει ο ίδιος την έλικα της ατράκτου, οπότε δε χρειάζεται μηχανισμός προσανατολισμού παρά μόνο ένας δακτύλιος στην κορυφή του πύργου στήριξης που επιτρέπει την περιστροφή και έτσι τον προσανατολισμό της ατράκτου ανάλογα με την κατεύθυνση του ανέμου. Η κατά πρύμνη εγκατάσταση δε συνηθίζεται τόσο όσο η κατά πλώρη εγκατάσταση και η εν γένει σχεδίαση ανεμογεννητριών. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 57 από 111

59 Όπως αναφέραμε, η ταχύτητα περιστροφής της έλικας ρυθμίζεται με ορισμένους τρόπους: Στη ρύθμιση με πέδηση, η κατανομή της γωνίας πρόσπτωσης κατά μήκος του πτερυγίου της έλικας είναι σταθερή για όλες τις ταχύτητες του ανέμου. Η γωνία πρόσπτωσης πάνω στο πτερύγιο αυξάνεται όταν ο άνεμος έχει μεγάλη ταχύτητα. Οι δυνάμεις άνωσης ελαττώνονται λόγω πέδησης, οι δυνάμεις αεροδυναμικής αντίστασης αυξάνονται και έτσι η ισχύς εξόδου δεν αυξάνεται. Η αύξηση της αντίστασης προκαλεί ανάπτυξη μεγάλης έντασης δυνάμεων πάνω στην έλικα. Όμως η ρύθμιση μέσω πέδησης είναι απλή και δε χρειάζεται έτσι κάποιο σύστημα ελέγχου. Βέβαια η σχεδίαση έλικας για να αυτορυθμίζεται μέσω πέδησης είναι αρκετά δύσκολη, γι' αυτό η έρευνα στον τομέα αυτό ακόμα συνεχίζεται και ιδιαίτερα στον τρισδιάστατο χώρο αναπαράστασης των δυνάμεων πέδησης γύρω από την αεροτομή του όλου πτερυγίου. Στη ρύθμιση της ισχύος εξόδου με αντίστοιχη ρύθμιση της γωνίας πρόσπτωσης του ανέμου επί των πτερυγίων, χρησιμοποιείται σύστημα ελέγχου, που είναι μεν πιο ακριβό αλλά και αρκετά αποδοτικότερο από τη ρύθμιση με ιδιαίτερο σύστημα πέδησης. Όταν αυξάνει η ταχύτητα του ανέμου, κάθε πτερύγιο της έλικας στρέφεται ανάλογα γύρω από τον ακτινικό άξονα του, με συνέπεια να ελαττώνεται η γωνία πρόσπτωσης του ανέμου πάνω σε κάθε πτερύγιο. Έτσι ελαττώνονται οι στροφές της έλικας και η ισχύς εξόδου της γεννήτριας στην επιθυμητή εκτιμητέα ισχύ. Σε ορισμένες κατασκευές στρέφεται μόνο ένα τμήμα κάθε πτερυγίου της έλικας. Με αυτό το σύστημα ελέγχου ελαττώνεται το αεροδυναμικό φορτίο που ασκείται πάνω στην έλικα. Στην Εικόνα 15 φαίνεται το διάγραμμα ενός τέτοιου συστήματος ελέγχου. Η ηλεκτρική ισχύς που παράγεται από τη γεννήτρια μετριέται με βαττόμετρο που υπάρχει στο θαλαμίσκο, στη βάση του πύργου στήριξης. Η ισχύς αυτή συγκρίνεται με αυτή του επιθυμητού σημείου ρύθμισης (την εκτιμητέα ισχύ της γεννήτριας), οπότε το προκύπτον σήμα διαφοράς αποστέλλεται στη μονάδα ελέγχου. Από εκεί, μέσω ενός αλγορίθμου ελέγχου, αποστέλλεται το ανάλογο σήμα στο μηχανισμό απόκλισης των πτερυγίων. Οι μηχανισμοί απόκλισης μπορεί να είναι υδραυλικού ή ηλεκτρομηχανικού τύπου, αλλά και διαφόρων άλλων τύπων. Αυτό το σύστημα ελέγχου ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 58 από 111

60 λειτουργεί και ρυθμίζει συνεχώς τη γωνία πρόσπτωσης, αλλά υπάρχουν και ορισμένες πρακτικές δυσκολίες. Εικόνα 15 - Σύστημα ελέγχου ρύθμισης γωνίας πρόσπτωσης. Κατά τη διάρκεια θυελλωδών ανέμων παράγονται εξάρσεις ισχύος τύπου "δέλτα" που υπερβαίνουν κατά πολύ το όριο ρύθμισης, τότε δε είναι αρκετά δύσκολη η ανάλογη ρύθμιση της απόκλισης των πτερυγίων που απαιτείται για διόρθωση. Ένα άλλο σύστημα ελέγχου της ανεμογεννήτριας είναι το σύστημα ελέγχου προσανεμισμού ή απόκλισης όλης της ατράκτου. Με αυτό το σύστημα ο άξονας περιστροφής της έλικας μπορεί να αποκλίνει οριζόντια ανάλογα με την κατεύθυνση του ανέμου. Ορισμένες ανεμαντλίες χρησιμοποιούν παθητικά συστήματα προσανεμισμού, όμως οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούν συνήθως ενεργά συστήματα Σύστημα μετάδοσης περιστροφικής κίνησης Η μηχανική ισχύς που παράγεται από τα πτερύγια της έλικας μεταδίνεται στη γεννήτρια με ένα σύστημα μετάδοσης που βρίσκεται μέσα στο κύριο σώμα της ανεμογεννήτριας. Αυτό αποτελείται από ένα κιβώτιο ταχυτήτων και μερικές φορές και από έναν συμπλέκτη καθώς και από σύστημα τροχοπέδησης που μπορεί να σταματήσει την έλικα σε περίπτωση ανάγκης όταν η ανεμογεννήτρια δε λειτουργεί. Το κιβώτιο ταχυτήτων (εξ οδοντωτών τροχών) αυξάνει το ρυθμό περιστροφής της έλικας από 20 με 50 στροφές ανά λεπτό [rpm], σε με ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 59 από 111

61 1.500 rpm που απαιτούνται για το ρυθμό περιστροφής του άξονα των περισσότερων τύπων ηλεκτρογεννητριών. Σε απλό κιβώτιο ο άξονας της έλικας και ο άξονας του δρομέα της ηλεκτρογεννήτριας ζευγνύονται παράλληλα, ενώ στα πιο ακριβά κιβώτια οι άξονες αυτοί ζευγνύονται σε σειρά, για μεγαλύτερη στερεότητα. Το σύστημα μετάδοσης πρέπει να είναι σχεδιασμένο για να αντέχει μεγάλα δυναμικά φορτία ροπής που οφείλονται στη διακύμανση της ισχύος εξόδου της έλικας. Ορισμένοι σχεδιαστές αποπειράθηκαν να ελέγξουν αυτά τα δυναμικά φορτία προσθέτοντας μηχανική αδράνεια και απόσβεση μεταξύ των οδοντωτών τροχών του κιβωτίου. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για μεγάλες ανεμογεννήτριες, όπου τα δυναμικά φορτία είναι μεγάλα και οι γεννήτριες παρέχουν σχετικά πολύ μικρή απόσβεση Η Γεννήτρια Κάθε ανεμογεννήτρια που συνδέεται στο δίκτυο παροχής κινεί ηλεκτρογεννήτρια εναλλασσομένου τριφασικού ρεύματος. Οι γεννήτριες διαιρούνται σε δυο κύρια είδη: τις σύγχρονες και τις ασύγχρονες. Μια σύγχρονη γεννήτρια παράγει στην έξοδο της ρεύμα της ίδιας συχνότητας με αυτό του δικτύου διανομής που είναι συνδεδεμένη. Οι σύγχρονες γεννήτριες ονομάζονται και εναλλακτήρες. Μια ασύγχρονη γεννήτρια παράγει ρεύμα συχνότητας κάπως μεγαλύτερης της συχνότητας του δικτύου διανομής. Οι σύγχρονες γεννήτριες ονομάζονται και επαγωγικές γεννήτριες. Τόσο οι σύγχρονες όσο και οι ασύγχρονες γεννήτριες αποτελούνται από ένα ακίνητο (τον στάτη) και ένα κινητό πλαίσιο (δρομέας, ρότορας). Ο στάτης είναι σχεδόν ο ίδιος και στους δυο τύπους γεννητριών. Ο στάτης αποτελείται από πυρήνα συνιστάμενο από φύλλα σιδήρου μονωμένα και συνδεδεμένα μεταξύ τους. Επάνω σ' αυτόν τον πυρήνα υπάρχουν τα τριφασικά τυλίγματα του πηνίου από μονωμένο σύρμα. Οι δρομείς είναι τελείως διαφορετικά στα δυο είδη γεννητριών. Ο δρομέας της σύγχρονης γεννήτριας συνίσταται από τύλιγμα πηνίου που διαρρέεται από συνεχές ρεύμα, στις μεγάλες γεννήτριες, ενώ στις μικρές συνίσταται από μόνιμο μαγνήτη. Έτσι, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του δρομέα επάγει έτσι ρεύμα στον στάτη, η έξοδος του οποίου συνδέεται στο δίκτυο διανομής. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 60 από 111

62 Ο δρομέας μιας ασύγχρονης (ή επαγωγικής) γεννήτριας είναι ένα κλουβί με ράβδους που βραχυκυκλώνονται στα δυο άκρα τους. Ο δρομέας αυτός δεν έχει καμία ηλεκτρική σύνδεση, αλλά επάγει ρεύμα στο στάτη καθώς κινείται ως προς το περιστρεφόμενο πεδίο που παράγει ο στάτης. Εάν η ταχύτητα του δρομέα είναι ακριβώς ίση με την ταχύτητα του περιστρεφόμενου πεδίου που παράγεται από το στάτορα, τότε δεν υπάρχει σχετική κίνηση οπότε ο δρομέας δεν επάγει ρεύμα στον στάτη. Έτσι η επαγωγική γεννήτρια λειτουργεί πάντοτε σε ταχύτητα κάπως μεγαλύτερη από αυτή του περιστρεφόμενου πεδίου που παράγει ο στάτης. Αυτή η διαφορά της ταχύτητας που φτάνει το ποσοστό 1% κατά την κανονική λειτουργία είναι γνωστή και ως ολίσθηση. Οι ασύγχρονες γεννήτριες δε χρησιμοποιούνται σήμερα σε ευρεία κλίμακα, χρησιμοποιούνται όμως πολύ οι επαγωγικοί (ή ασύγχρονοι) κινητήρες. Η επαγωγική γεννήτρια είναι ουσιαστικά ένας επαγωγικός κινητήρας, ο οποίος ασκεί ροπή στο δρομέα αντί να παίρνει από αυτό. Το βιβλίο του McPherson (1981) δίνει περισσότερες και πληρέστερες λεπτομέρειες και περιγραφές για τις ασύγχρονες γεννήτριες. Σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όλες οι μεγάλες γεννήτριες είναι σύγχρονες γεννήτριες. Είναι λίγο πιο αποδοτικές από τις ασύγχρονες γεννήτριες και έχουν το μεγάλο πλεονέκτημα ελέγχου της επαγωγικής ισχύος τους. Σε μια σύγχρονη γεννήτρια το συνεχές ρεύμα που ρέει στο τύλιγμα του δρομέα επάγει ρεύμα στο στάτη κατά την περιστροφική κίνηση, όπως προαναφέραμε. Έτσι, αν αυξηθεί αυτό το συνεχές ρεύμα, εξάγεται προς το δίκτυο επαγωγική ισχύς, αν δε ελαττωθεί αυτό το ρεύμα, τότε εισάγεται επαγωγική ισχύς από το δίκτυο. Ο έλεγχος λοιπόν της επαγωγικής ισχύος συνεπάγεται τον έλεγχο της τάσης του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος. Ορισμένα αρχικά πρωτότυπα ανεμογεννητριών παρήγαγαν ρεύμα με σύγχρονες γεννήτριες. Όμως, η σύγχρονη γεννήτρια είναι "συντονισμένη" με τη συχνότητα της τάσης του δικτύου και αυτός ο συντονισμός μπορεί να παρομοιαστεί σαν σύνδεση μέσω ενός μεγάλου ελατηρίου. Η έλικα ενός στροβίλου παράγει παλμούς ροπής στη συχνότητα διέλευσης των πτερυγίων μπροστά από τον πύργο στήριξης. Εάν αυτοί οι παλμοί είναι της ίδιας συχνότητας ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 61 από 111

63 με αυτούς που παράγονται από το ελατήριο σύνδεσης με το δίκτυο και τη μάζα της γεννήτριας, τότε θα έχουμε συντονισμό, δηλαδή πολύ μεγάλες ταλαντώσεις (κραδασμούς) στο κιβώτιο ταχυτήτων (των οδοντωτών τροχών) μετάδοσης κίνησης. Αυτό είχε συμβεί παλαιότερα σε μια ανεμογεννήτρια. Υπάρχει βέβαια τρόπος να αποφύγουμε αυτούς τους κραδασμούς, αν παρεμβάλουμε μηχανισμούς απόσβεσης στο κιβώτιο ταχυτήτων, (π.χ. μηχανισμούς υδραυλικής ζεύξης). Σήμερα, πάντως, δε χρησιμοποιούνται σύγχρονες γεννήτριες σε ανεμογεννήτριες σταθερής ταχύτητας περιστροφής της έλικας. Αντιθέτως, μια ασύγχρονη γεννήτρια δεν είναι συντονισμένη στη συχνότητα τάσης του δικτύου, διότι ολισθαίνει, επειδή λειτουργεί σε λίγο μεγαλύτερη ταχύτητα. Έτσι, οι μεταβολές των παλμών ροπής που παράγει η έλικα απορροφώνται με πολύ μικρές αλλαγές στην ταχύτητα ολίσθησης. Η σύνδεση μιας ασύγχρονης γεννήτριας στο δίκτυο, μπορεί τότε να νοηθεί σαν σύνδεση μέσω απόσβεσης παρά σαν σύνδεση μέσω ελατηρίου. Η απόδοση μιας ασύγχρονης μηχανής μπορεί να περιγραφεί από τη γραφική παράσταση της σχέσης της ροπής ως προς την ολίσθηση. Στην Εικόνα 3.10 φαίνεται μια τέτοια γραφική παράσταση γεννήτριας 600 kw που χρησιμοποιείται σε ανεμογεννήτρια σταθερής ταχύτητας περιστροφής. Η ολίσθηση παρίσταται κατά τον οριζόντιο άξονα χ, όπου το 1 αντιστοιχεί στην κατάσταση ηρεμίας και το 0 στην περιστροφική κίνηση σε συγχρονισμό με το πεδίο του στάτη. Κατά συνθήκη δηλώνουμε ότι η ολίσθηση είναι θετική για ταχύτητες κατώτερες της ταχύτητας αυτού του συγχρονισμού. Η ροπή παρίσταται κατά τον κατακόρυφο άξονα y, όπου το 1 αντιστοιχεί στην ονομαστική τιμή των 600 kw. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 62 από 111

64 Εικόνα 16 - Μηχανικά ανάλογα σύγχρονων και ασύγχρονων γεννητριών Εικόνα 17 - Ροπή συνάρτηση ολίσθησης ασύγχρονης γεννήτριας. Αυτή η γραφική παράσταση δείχνει πώς η ίδια μηχανή μπορεί να λειτουργήσει ως κινητήρας ή ως γεννήτρια. Σαν κινητήρας λειτουργεί μεταξύ των ολισθήσεων 1 και 0. Τα κανονικά όρια λειτουργίας μιας γεννήτριας βρίσκονται μεταξύ των σημείων Ο και Α. Στο σημείο Ο δεν ασκείται πάνω στον άξονα της γεννήτριας ροπή που παράγεται από την έλικα. Καθώς η έλικα της ανεμογεννήτριας ασκεί ροπή, μέσω του κιβώτιου ταχυτήτων, πάνω στον άξονα της γεννήτριας, το σημείο λειτουργίας κινείται προς το Α. Στο σημείο Α η ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 63 από 111

65 γεννήτρια θα παράγει 600 kw με ταχύτητα περιστροφής λίγο ανώτερη αυτής του συγχρονισμού. Δυστυχώς υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα στη χρήση ασύγχρονων γεννητριών. Σε αντίθεση με τη σύγχρονη γεννήτρια που μπορεί να λειτουργήσει με σχεδόν οποιοδήποτε συντελεστή ισχύος, η ασύγχρονη γεννήτρια παίρνει επαγωγική ισχύ που εξαρτάται από την πραγματική ισχύ εξόδου. Στην Εικόνα 18 φαίνεται ένα μέρος του καλουμένου κυκλικού-διαγράμματος μιας ασύγχρονης γεννήτριας. Εικόνα 18 - Λειτουργικά χαρακτηριστικά ασύγχρονης γεννήτριας. Στο σημείο Ο η γεννήτρια δεν παράγει πραγματική ισχύ στην έξοδο της, διότι η γεννήτρια παίρνει ακόμα αρκετή επαγωγική ισχύ για να μαγνητίσει το σιδερένιο πυρήνα της. Όμως όταν ο δρομέας της αρχίζει να περιστρέφεται και το σημείο λειτουργίας της αρχίσει και αυτό να κινείται προς το σημείο Α, τότε παράγει στην έξοδο της πραγματική ισχύ, αλλά πάλι απορροφά περισσότερη επαγωγική ενέργεια. Η απορρόφηση επαγωγικής ισχύος δεν είναι συχνά επιθυμητή εφόσον έχουμε απώλειες στο δίκτυο. Γι' αυτό, στη βάση της ανεμογεννήτριας συνδέονται πυκνωτές που παρέχουν χωρητική ισχύ ή αλλιώς διόρθωση του συντελεστή ισχύος (Δ.Σ.Ι.), [PFC]. Έτσι η χωρητική ισχύς αναπληρώνει τη χαμένη επαγωγική ισχύ από το δίκτυο που παίρνει η γεννήτρια στο σημείο μηδέν. Όταν η γεννήτρια δίνει ισχύ στο δίκτυο (σημείο Α'), υπάρχει ακόμα ζήτηση επαγωγικής ισχύος. Βέβαια και τότε ακόμα μπορούμε να συνδέσουμε περισσότερους πυκνωτές όμως ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 64 από 111

66 τότε υπάρχει κίνδυνος δημιουργίας υπερτάσεων σε κατάσταση συντονισμού, που ονομάζεται αυτοδιέγερση, αν διακοπεί, κάποια στιγμή, η σύνδεση με το δίκτυο. Ένα άλλο μειονέκτημα υπάρχει όταν αρχικά συνδέεται η γεννήτρια στο δίκτυο, οπότε εισέρχεται στη γεννήτρια ένα μεγάλο ρεύμα που μαγνητίζει το σιδερένιο πυρήνα της, μέχρις ότου αποκατασταθεί η κανονική κατάσταση λειτουργίας της. Το πρόβλημα αυτό είναι παρόμοιο με το πρόβλημα εκκίνησης του ασύγχρονου ή επαγωγικού κινητήρα. Οι γεννήτριες των ανεμογεννητριών χρησιμοποιούν ιδίου τύπου εξαρτήματα βαθμιαίας εκκίνησης, τα οποία χρησιμοποιούν και οι μεγάλοι ασύγχρονοι κινητήρες και φαίνονται στο σχηματικό διάγραμμα της Εικόνας 19. Εικόνα 19 - Βαθμιαία εκκίνηση (μιας φάσης), ασύγχρονης γεννήτριας. Σε κάθε φάση παροχής του δικτύου συνδέονται αντιπαράλληλα δυο θύριστορ [thyristors], (ή μια αμφίδρομα ελεγχόμενη δίοδος [triac]). Όταν η ασύγχρονη γεννήτρια συνδέεται στο δίκτυο, τα θύριστορ ελέγχουν την τάση που εφαρμόζεται στα τυλίγματα του στάτη, οπότε περιορίζεται το μεγάλο ρεύμα εισροής. Όταν η γεννήτρια εκκινήσει κανονικά, τότε κλείνει ο διακόπτης παράκαμψης των θύριστορ ο οποίος είναι συνδεδεμένος παράλληλα με αυτά. Ασύγχρονες γεννήτριες χρησιμοποιούνται σήμερα σε όλες τις ανεμογεννήτριες σταθερής ταχύτητας περιστροφής. Πρόσφατα ενσωματώθηκε στα τυλίγματα του δρομέα της ασύγχρονης γεννήτριας και μια ελεγχόμενη αντίσταση που καθιστά την καμπύλη ροπής - ολίσθησης περισσότερο ελεγχόμενη, βελτιώνοντας έτσι και τη δυναμική συμπεριφορά του κιβωτίου ταχυτήτων. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 65 από 111

67 Η επιλογή του είδους της γεννήτριας σε ανεμογεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας περιστροφής δεν είναι περιορισμένη. Μπορούν σ' αυτήν την περίπτωση να χρησιμοποιηθούν σύγχρονες και ασύγχρονες γεννήτριες. Υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση γεννητριών μεγάλης διαμέτρου που οδηγούνται απ' ευθείας από την έλικα, χωρίς παρεμβολή κιβωτίου ταχυτήτων. Αν και οι γεννήτριες αυτές περιστρέφονται με την εκάστοτε συχνότητα περιστροφής της έλικας, εντούτοις παράγουν τάση στην επιθυμητή σταθερή ταχύτητα. Επίσης, εξελίσσονται τα σχέδια συγχρόνων γεννητριών, μεγάλης διαμέτρου, απευθείας οδηγούμενων από την έλικα, με στάτη σταθερού μαγνήτη. Υπάρχουν, επίσης, ραγδαίες εξελίξεις στη σχεδίαση των μετατροπέων τάσης που χρησιμοποιούνται στις αιολικές γεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας περιστροφής. Στα νέα σχέδια χρησιμοποιούνται τρανζίστορ που παράγουν τάση εξόδου σχεδόν ημιτονική, με χαμηλές αρμονικές παραμορφώσεις και ελεγχόμενο συντελεστή ισχύος. Βέβαια και αυτοί οι ημιαγωγοί καταναλώνουν ισχύ και παράγουν θερμότητα. Συνήθως οι γεννήτριες παράγουν τάση χαμηλότερη από αυτή του δικτύου διανομής. Ακόμα και οι μεγάλες ανεμογεννήτριες (των 600 kw) παράγουν τάση 690 V, οπότε χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές, που συνδέουν κάθε ανεμογεννήτρια στο δίκτυο ή στο σύστημα συλλογής του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος. Είναι επίσης φυσικό, κάθε μεγάλη ανεμογεννήτρια να συνδέεται στο δικό της μετασχηματιστή για να αποφεύγονται ηλεκτρικές απώλειες Σύστημα πέδησης Η ισχύς που παρέχει ο άνεμος στην ανεμογεννήτρια είναι ανάλογος του κύβου της ταχύτητας του ανέμου και βέβαια, σημαντικές δυνάμεις αναπτύσσονται σε μεγάλες ταχύτητες ανέμων. Προφανώς, χρειάζονται αποτελεσματικά συστήματα πέδησης για την ασφαλή λειτουργία των ανεμογεννητριών. Υπάρχουν τουλάχιστον δυο ανεξάρτητα συστήματα, καθένα από τα οποία μπορεί να επιφέρει ασφαλείς συνθήκες λειτουργίας σε περίπτωση θυελλωδών ανέμων, απώλεια σύνδεσης με το δίκτυο ή άλλες επείγουσες καταστάσεις ανάγκης. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 66 από 111

68 Όταν τα πτερύγια της έλικας περιστρέφονται και βρεθούν σε μηδενική ή αρνητική γωνία πρόσπτωσης του αέρα, η ταχύτητα περιστροφής της έλικας θα μειωθεί. Όμως αυτή η ρύθμιση δεν υπάρχει σε έλικες με αυτοπέδηση, οπότε σε ορισμένους τύπους αυτών των ελίκων υπάρχει μηχανική πέδη που δρα ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του ακραίου τμήματος της έλικας. Οι παλιότερες ανεμογεννήτριες είχαν ανεξάρτητο σύστημα πέδησης που δρούσε με τη φυγόκεντρο δύναμη, όμως σήμερα χρησιμοποιείται ένα κοινό σύστημα πέδησης. Για να σταματήσει η έλικα τελείως, τοποθετείται μηχανική πέδη στους κυρίους άξονες του κιβωτίου ταχυτήτων. Μπορεί να τοποθετηθεί πέδη στον άξονα με το μεγαλύτερο γρανάζι (την μικρότερη ταχύτητα), όμως οι ροπές που αναπτύσσονται σ' αυτόν τον άξονα είναι πάρα πολύ μεγάλες. Το να τοποθετείται πέδη στον άξονα με τη μεγαλύτερη ταχύτητα είναι συνήθως η φθηνότερη λύση. Είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε ότι τα συστήματα πέδησης θα λειτουργούν σε οποιεσδήποτε συνθήκες ή και σε έκτακτες περιπτώσεις ανάγκης Σύστημα προσανεμισμού Οι ανεμογεννήτριες με έλικα οριζοντίου περιστροφής έχουν σύστημα προσανεμισμού το οποίο περιστρέφει την άτρακτο σύμφωνα με την κατεύθυνση του ανέμου, χρησιμοποιώντας περιστροφικό μηχανισμό που ζευγνύετε σε δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό που είναι τοποθετημένος στην κορυφή του πύργου στήριξης. Η διεύθυνση του ανέμου πρέπει να είναι κάθετη στο επίπεδο της έλικας κατά την κανονική λειτουργία της ανεμογεννήτριας. Γι' αυτό χρησιμοποιείται ένα αργό σύστημα ελέγχου κλειστού βρόγχου που οδηγεί τον περιστροφικό μηχανισμό. Η κατεύθυνση του ανέμου γίνεται αισθητή από ανεμούριο που είναι συνδεδεμένο στην κορυφή της ατράκτου. Η εκάστοτε στροφή του ανεμουρίου δίνει το σήμα εισόδου στο σύστημα ελέγχου που οδηγεί τον περιστροφικό μηχανισμό. Σε μερικά σχέδια η άτρακτος περιστρέφεται έτσι ώστε να αποκλίνει κάπως από την κατεύθυνση του ανέμου, όταν ο άνεμος έχει μεγάλη ταχύτητα. Το σύστημα αυτό αποκλίνει την άτρακτο κατά 90 όταν ο άνεμος είναι θυελλώδης. Έτσι ρυθμίζεται σταθερά και η ισχύς εξόδου της ανεμογεννήτριας. Αν και το σύστημα ελέγχου προσανεμισμού φαίνεται απλό, εντούτοις είναι ένα από τα πιο δύσκολα μέρη της ανεμογεννήτριας του οποίου η σχεδίαση είναι αρκετά ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 67 από 111

69 δύσκολη, γιατί τα ασκούμενα δυναμικά φορτία κατά την εκτροπή είναι δύσκολο να προβλεφθούν και ιδιαίτερα όταν επικρατούν ανεμοστρόβιλοι ή και θυελλώδεις άνεμοι Πύργος στήριξης Συνήθως οι πύργοι στήριξης έχουν κοίλο εσωτερικό και κατασκευάζονται είτε από χάλυβα είτε από σκυρόδεμα (μπετόν). Οι μικρότεροι και φθηνότεροι πύργοι κατασκευάζονται από δικτυωτό χοντρό σύρμα. Οι μεσαίοι καθώς και οι μεγάλοι πύργοι που έχουν κοίλο εσωτερικό επιτρέπουν έτσι την πρόσβαση από τον πύργο στο εσωτερικό της ατράκτου, όταν επικρατούν έξω άσχημες καιρικές συνθήκες. Ο πύργος πρέπει να είναι σχεδιασμένος έτσι, ώστε να αντέχει βαρυτικά και αιολικά δυναμικά φορτία. Η άτρακτος τοποθετείται στην κορυφή του πύργου και επάνω στο δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό προσανεμισμού. Ο πύργος πρέπει να στηρίζεται σε γερά θεμέλια και η φυσική συχνότητα συντονισμού του πρέπει να μην συμπίπτει με τις επαγόμενες συχνότητες από την περιστροφή της έλικας, οι οποίες πρέπει βέβαια να αποσβένονται. Ο άκαμπτος πύργος έχει φυσική ιδιοσυχνότητα συντονισμού υψηλότερη της επαγόμενης από την περιστροφή της έλικας το αντίστροφο ισχύει για έναν εύκαμπτο πύργο. Οι εύκαμπτοι πύργοι είναι ελαφρότεροι και φθηνότεροι, αλλά κουνιούνται περισσότερο και δέχονται έτσι μεγαλύτερες πιέσεις. Εφ' όσον η ιδιοσυχνότητα ενός εύκαμπτου πύργου είναι χαμηλότερη της συχνότητας που επάγεται από την περιστροφή της έλικας, θα προκαλείται μεταβατικός συντονισμός κάθε φορά που η ταχύτητα περιστροφής της έλικας θα αυξάνεται. Αν και ο μεταβατικός συντονισμός τραντάζει λίγο τον πύργο και την άτρακτο, εντούτοις δε διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και δε δημιουργεί δυσκολίες Σύστημα εποπτείας και ελέγχου Για τη λειτουργία και προστασία μιας ανεμογεννήτριας απαιτείται πλήρες αυτόματο σύστημα εποπτείας και ελέγχου. Το σύστημα αυτό πρέπει να είναι ικανό να ελέγχει την αυτόματη απότομη ανύψωση των στροφών, την περιστροφή των πτερυγίων της έλικας για ρύθμιση της γωνίας πρόσπτωσης (για αυτού του τύπου ανεμογεννήτριες) καθώς και την παύση λειτουργίας είτε σε ομαλές ή σε ανώμαλες συνθήκες λειτουργίας. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 68 από 111

70 Πέραν του ελέγχου, πρέπει να εποπτεύεται η κατάσταση λειτουργίας, η παραγωγή ισχύος, η ταχύτητα και η κατεύθυνση του ανέμου κλπ. Κάθε μεγάλη (αλλά και μικρή) ανεμογεννήτρια θα πρέπει να εποπτεύεται μέσω υπολογιστή ο οποίος μπορεί να είναι εγκατεστημένος σε κάποια άλλη τοποθεσία, (τηλεποπτεία). Έτσι το σύστημα αυτό συνίσταται από διάφορα λειτουργικά τμήματα: - Έλεγχος σταδιακός απότομης ανύψωσης των στροφών, παύσης λειτουργίας και εποπτεία σημάτων συναγερμού και ελέγχου. - Εποπτεία του αργού συστήματος ελέγχου κλειστού βρόγχου του προσανεμισμού. - Εποπτεία του γοργού συστήματος ελέγχου κλειστού βρόγχου της περιστροφής των πτερυγίων της έλικας για ρύθμιση της γωνίας πρόσπτωσης (για ανεμογεννήτριες με αυτό τον τύπο έλικας). - Επικοινωνία με το σταθμό παραγωγής ή με τον υπολογιστή τηλεποπτείας Λειτουργικά χαρακτηριστικά Απόδοση ισχύος Η καμπύλη ισχύος μιας ανεμογεννήτριας δείχνει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε συνάρτηση με την ταχύτητα του ανέμου που επικρατεί στο ύψος της ατράκτου (στο ύψος της πλήμνης της έλικας). Η καμπύλη αυτή προσδιορίζεται είτε με θεωρητικούς υπολογισμούς, είτε με δοκιμές στην πράξη. Οι δοκιμές αυτές γίνονται σύμφωνα με διεθνείς προδιαγραφές και συστάσεις, όπως αυτές του Διεθνούς Πρακτορείου Ενέργειας (1990). Οι καμπύλες ισχύος που προκύπτουν από αυτές τις δοκιμές καταγράφουν τους μέσους όρους μετρήσεων που λαμβάνονται μέσα σε χρονικά διαστήματα 10 λεπτών. Ο μέσος όρος μιας σειράς μετρήσεων ισχύος εξόδου σε συνάρτηση με την ταχύτητα του ανέμου, που λαμβάνονται μέσα σε δέκα λεπτά δε θα δείξει ποτέ κάποιο μεταβατικό φαινόμενο που συνέβη ενδεχομένως μέσα σ' αυτό το χρονικό διάστημα των 10 λεπτών. Η απόδοση μιας ανεμογεννήτριας ορίζεται ως ο λόγος της ηλεκτρικής ενέργειας που μετριέται στην έξοδο της γεννήτριας προς την ενέργεια του ανέμου ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 69 από 111

71 που σαρώνει το εμβαδόν της κυκλικής επιφάνειας που διαγράφεται από την περιστροφή της έλικας. Στην Εικόνα 20 φαίνεται η καμπύλη ισχύος μιας ανεμογεννήτριας με έλικα αυτορυθμιζόμενης πέδησης (όχι με ρύθμιση γωνίας πρόσπτωσης). Στην καμπύλη αυτή φαίνονται οι εξής παράμετροι: - Ταχύτητα κατωφλίου εισόδου V i : η ταχύτητα του ανέμου που η γεννήτρια αρχίζει να παράγει καθαρή ισχύ. Η ταχύτητα αυτή είναι μεγαλύτερη από αυτή που απαιτείται για την εκκίνηση της έλικας. - Ταχύτητα κατωφλίου εξόδου V o : είναι η ταχύτητα του ανέμου που η γεννήτρια παράγει ισχύ με ελαττωμένο μηχανικό και αεροδυναμικό φορτίο και άνευ ηλεκτρικών απωλειών. - Εκτιμητέα ισχύς P r : η ονομαστική μέγιστη και συνεχής ισχύς εξόδου της γεννήτριας (χωρίς απώλειες). - Εκτιμητέα ταχύτητα V r : η ταχύτητα του ανέμου που παράγει την εκτιμητέα ισχύ. Στην Εικόνα 20 φαίνεται η καθαρή ισχύς εξόδου σε χιλιοβάτ (kw) που λαμβάνεται στην έξοδο της γεννήτριας, απαλλαγμένη από αεροδυναμικές, μηχανικές και ηλεκτρικές απώλειες. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου υπερνικώνται οι μηχανικές τριβές και τα αεροδυναμικά φορτία που ασκούνται στον άξονα περιστροφής της έλικας, οπότε η ροπή που εφαρμόζεται στον άξονα είναι σταθερή. Σταθερή είναι επίσης και η παραγόμενη ισχύς εξόδου δηλαδή η εκτιμητέα ισχύς και αυτό συμβαίνει μέχρι την V o. Το ίδιο συμβαίνει και με έλικες ρύθμισης γωνίας πρόσπτωσης (τουλάχιστον έτσι δείχνουν οι μέσες τιμές ανά δεκάλεπτα), αλλά στην Εικόνα 20, η καμπύλη ισχύος ελήφθη από ανεμογεννήτρια με έλικα αυτορυθμιζόμενης πέδησης (αυτοπέδησης). ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 70 από 111

72 Εικόνα 20 - Καμπύλη ισχύος ανεμογεννήτριας 200 kw με έλικα αυτοπέδησης Διαθεσιμότητα Σαν διαθεσιμότητα ορίζουμε το μέρος του χρόνου που η ανεμογεννήτρια μπορεί να παράγει ισχύ. Οι τυπικές διαθεσιμότητες των συγχρόνων ανεμογεννητριών κυμαίνονται από 95-99% και είναι καλύτερες και από πετρελαιοκίνητα ηλεκτροπαραγωγό ζεύγη. Το 1-5% του χρόνου που δεν είναι διαθέσιμες οφείλεται είτε σε συντήρηση είτε σε επισκευή βλάβης. Ωφέλιμη ισχύς παράγεται μεταξύ των ταχυτήτων ανέμου V, και V0 και όσο εξαρτάται από τις επικρατούσες συνθήκες ανέμου, η ανεμογεννήτρια θα λειτουργεί σε επίπεδο χαμηλότερο απ' ότι αυτό της διαθεσιμότητας της. Άλλο μέτρο αξιοποίησης είναι ο συντελεστής φόρτου ή ικανότητας και ορίζεται ως το πηλίκων της πραγματικής ενέργειας που παράγεται για ορισμένο ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 71 από 111

73 χρονικό διάστημα, προς την εκτιμητέα ενέργεια που θα παράγονταν στο ίδιο χρονικό διάστημα. Για παράδειγμα: Συντελεστής εβδομαδιαίου φόρτου = Ενέργεια που παράγεται ανά εβδομάδα (kwh) Εκτιμητέα ενέργεια ανεμογεννήτριας (kw)x168 Υπάρχουν παρόμοια μέτρα για την αξιοποίηση ενός σταθμού παραγωγής. Προκειμένου να αποφύγουμε τη σύγχυση όταν συγκρίνουμε την απόδοση ενός αιολικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, οι ακριβείς ορισμοί της διαθεσιμότητας ή του συντελεστή φόρτου πρέπει να έχουν κατανοηθεί Ετήσιος υπολογισμός ενέργειας Ο υπολογισμός ετήσιας ενέργειας που παράγεται από μια ανεμογεννήτρια ενέχει ουσιαστική σημασία για την εκτίμηση ενός σταθμού παραγωγής. Η μακροχρόνια κατανομή των ταχυτήτων του ανέμου σε συνδυασμό με την καμπύλη ισχύος μιας ανεμογεννήτριας δίνει την παραγόμενη ενέργεια για κάθε ταχύτητα ανέμου και συνεπώς το σύνολο της ενέργειας κατά τη διάρκεια ενός έτους. Κατά τον υπολογισμό συνηθίζεται να χρησιμοποιούνται θύλακες του 1 m/s για ταχύτητες ανέμου και αυτό δίνει μια αποδεκτή ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα της Εικόνας 21, τα εξαγόμενα αποτελέσματα του υπολογισμού μπορούν να καταχωρηθούν όπως στον Πίνακα 3.1 και να εκφραστούν με μαθηματικό τύπο, δηλαδή: i=n Ενέργεια = H(i)W(i) όπου Η(i) ο αριθμός των ωρών για ταχύτητα ανέμου του θύλακα i και W(i) η ισχύς εξόδου που αντιστοιχεί στην ταχύτητα ανέμου του θύλακα i. i=1 ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 72 από 111

74 Εικόνα 21 - Υπολογισμός ετήσιας παραγωγής ενέργειας Πίνακας 3 - Υπολογισμός ετήσιας παραγωγής ενέργειας Απόδοση συστοιχίας ανεμογεννητριών (Α/Γ) Η συνολική ισχύς εξόδου ενός σταθμού παραγωγής (μιας συστοιχίας Α/Γ) είναι μικρότερη από το άθροισμα κάθε μιας μεμονωμένης ανεμογεννήτριας, διότι, όταν μια ανεμογεννήτρια βρίσκεται στο κάτω ρεύμα της προηγούμενης ανεμογεννήτριας (αυτή που είναι πίσω από μια άλλη), αποδίδει λιγότερο, επειδή το κάτω ρεύμα έχει μικρότερη ταχύτητα από το άνω ρεύμα. Επίσης κατ' αυτόν ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 73 από 111

75 τον τρόπο η ένταση της τυρβώδους ροής ανέμου αυξάνεται. Πρέπει ακόμα να λάβουμε υπόψη. την κόπωση των εξαρτημάτων και τις συχνές μεταβολές της τιμής της παραγόμενης ισχύος. Ανάλογα με τις περιστάσεις οι συνθήκες που επικρατούν σ' έναν αιολικό σταθμό παραγωγής (αιολικό πάρκο) μπορούν να μειώσουν την ισχύ εξόδου κατά 5-15%. Μπορεί ακόμα να έχουμε απώλειες στους μετασχηματιστές του σταθμού και βέβαια λιγότερες απώλειες στα καλώδια συλλογής της παραγόμενης ισχύος, που μειώνουν ακόμα κατά 1-2% τη συνολική ετήσια παραγόμενη ισχύ εξόδου Περιβαλλοντικές επιπτώσεις των Αιολικών Πάρκων To 1983, οι Sunday Times του Λονδίνου παρουσίαζαν ένα ιστιοφόρο «νέου τύπου», μήκους 32 μέτρων και πλάτους 8,5 μέτρων, με πανιά από νήματα πολυεστέρα και σκαρί με επένδυση χάλυβα, που μπορούσε να αξιοποιεί την αιολική ενέργεια για υπερπόντιες μεταφορές. Τότε, η υπόθεση μιας ιστιοπλοΐας για παραγωγικούς σκοπούς φαινόταν κάπως ρετρό, όμως, στην εποχή του θερμοκηπίου, η υπόθεση επανέκαμψε επηυξημένη και βελτιωμένη, για την αξιοποίηση ειδικών ιστίων από μεγάλα ποντοπόρα σκάφη, παράλληλα με τις ντηζελομηχανές, με στόχο την εξοικονόμηση καυσίμων. Η δέσμευση της αιολικής ενέργειας αποτελεί διαρκή πρόκληση για καινοτομίες κάθε είδους. Απόδειξη το μικρό νησί της Ηρακλειάς, όπου είναι εγκατεστημένη πλωτή ανεμογεννήτρια που παράγει ενέργεια για την αφαλάτωση νερού. Η «Συμπαραγωγή» (co-production) ενέργειας από τον άνεμο, σε άμεση χωρική και χρονική συσχέτιση με βιομηχανικές, βιοτεχνικές ή άλλες δραστηριότητες, έχει ως πρόσθετο προσόν το να αποφεύγει τις μεγάλες μεταφορές ρεύματος με τα πολυέξοδα δίκτυα και τις αναπόφευκτες απώλειες ηλεκτρισμού, ενώ επίσης μειώνει τους κινδύνους πυρκαγιών σε δασωμένες περιοχές. Η «διάχυση» των αιολικών εφαρμογών στην ολότητα της οικονομίας και της κοινωνίας αποτελεί κατάκτηση των νέων και φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογικών εφαρμογών. Το ίδιο όμως δεν ισχύει με την υπερσυγκέντρωση των ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 74 από 111

76 γιγαντιαίων ανεμογεννητριών, που κατακερματίζουν τοπία και οικοσυστήματα, που εισάγουν παράταιρες και γιγαντοειδείς δομές μέσα στη φύση, που συνεπιφέρουν πυλώνες, υποσταθμούς για τη μεταφορά του ρεύματος και πυκνά οδικά δίκτυα ως τις κορυφές των βουνών; Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι χώρες με υψηλό δείκτη περιβαλλοντικής προστασίας, όπως η Ολλανδία, η Γερμανία και η Δανία, εκτοπίζουν τις ανεμογεννήτριες μέχρι και 25 χιλιόμετρα μακριά από τις ακτογραμμές τους. Στη φύση, όπως και στην κοινωνία, το «μεγάλο» είναι εξ ίσου προβληματικό με το λιλιπούτειο, η δε έννοια του «άριστου μεγέθους» έχει μια διαχρονική αξία. Οι «παράπλευρες απώλειες» των γιγαντιαίων αιολικών πάρκων θυμίζουν την υπόθεση της υδροηλεκτρικής ενέργειας, του λεγόμενου κάποτε «λευκού άνθρακα»: Τα μεγάλα φράγματα, με τις εξωφρενικές επιπτώσεις στο περιβάλλον, στους φυσικούς πόρους και στους τοπικούς πληθυσμούς, δοκιμάσθηκαν και προκάλεσαν αναρίθμητα προβλήματα όπως έδειξε ιδιαίτερα η περίπτωση του Ασουάν. Αντίθετα, τα μικρά φράγματα απέδειξαν μιαν αξιόλογη ικανότητα προσαρμογής στις τοπικές ανάγκες και στη φύση. Οι συλλογισμοί αυτοί δεν έχουν απήχηση στους μεγαλοεργολάβους των αιολικών πάρκων και στους αντίστοιχους κατασκευαστές, που ενδιαφέρονται πρωτίστως να διοχετεύσουν το προϊόν τους στην αγορά και να αποσβέσουν τις επενδύσεις τους. Οι επεμβάσεις σχεδιάζονται και αποφασίζονται από τεχνοκράτες, με σημείο αναφοράς τα συμφέροντα μεγάλων ιδιωτικών εταιρειών και σχημάτων, που δραστηριοποιούνται στον χώρο της ενέργειας, σε αντίθεση με την ισχύουσα εθνική περιβαλλοντική και χωροταξική νομοθεσία, τις Οδηγίες της Ε.Ε. για την προστασία του περιβάλλοντος και την εξοικονόμηση ενέργειας και, γενικά, τις αρχές της βιώσιμης ανάπτυξης, με δήθεν γνώμονα την, αναμφίβολα, αναγκαία αντιμετώπιση του προβλήματος του θερμοκηπίου. Αποτέλεσμα αυτής της πολιτικής είναι η νησιωτική και η ύπαιθρος χώρα να απομένει σχεδόν απροστάτευτη απέναντι στην εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας, στο έλεος των επενδυτών. Ίσως πιο σωστό θα ήταν να ξεκινήσουμε την αντιμετώπιση της ενεργειακής και κλιματικής κρίσης από το σημείο που θα μπορούσε να ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 75 από 111

77 συνοψιστεί σε τρεις λέξεις: ΜΕΙΩΣΗ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ. Η ελληνική πολιτεία, δεν ξεκινάει από αυτό το σημείο, της προώθησης μέτρων εξοικονόμησης της ενέργειας, καθώς και προώθησης προγραμμάτων για την ενεργειακή απόδοση στα κτήρια, τις συσκευές και τις μεταφορές. Παρακάμπτοντας τη μείωση της σπατάλης και προβλέποντας συνεχή αύξηση της ζήτησης, βάζει στόχο την ενίσχυση του ενεργειακού παραγωγικού συστήματος της χώρας με ΑΠΕ και άλλα καύσιμα (π.χ. λιθάνθρακα, φυσικό αέριο). Είναι σαν να σπεύδουμε να αυξήσουμε την παροχή σε ένα διάτρητο σύστημα ύδρευσης, πριν επισκευάσουμε τις διαρροές. Ένα δεδομένο, που δεν μπορούμε να παραβλέψουμε, γιατί αποτελεί σημαντικό μέρος του προβλήματος, είναι ότι, στην εποχή του φθηνού πετρελαίου, συνηθίσαμε στην αλόγιστη κατανάλωση ενέργειας. Σήμερα όμως, με δεδομένη τη χειροτέρευση του περιβάλλοντος και τη μείωση των αποθεμάτων πετρελαίου, είμαστε υποχρεωμένοι εκ των πραγμάτων να περιορίσουμε την ενεργειακή σπατάλη. Οι ΑΠΕ μπορούν και πρέπει να ενταχθούν σε έναν μακροπρόθεσμο ενεργειακό προγραμματισμό, αλλά με την προϋπόθεση α) να μειωθεί η ενεργειακή σπατάλη και β) να αποκτήσουμε σαφή εικόνα του ρόλου και των προοπτικών τους, στα πλαίσια ενός βιώσιμου γενικού ενεργειακού σχεδιασμού. Λαμβάνοντας βέβαια υπόψη ότι, με τα σημερινά δεδομένα, οι ΑΠΕ δρουν επικουρικά στο ενεργειακό έλλειμμα και με την υπάρχουσα τεχνολογία δεν μπορούν να αντικαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα. Θα πρέπει να ξεκαθαριστεί η σύγχυση μεταξύ του οικολογικού σκοπού της παραγωγής καθαρής ενεργείας και της βλάβης την οποία συνεπάγονται για το περιβάλλον οι τεράστιες ανεμογεννήτριες, που συνιστούν βιομηχανικές εγκαταστάσεις υψηλής όχλησης για το φυσικό και πολιτιστικό περιβάλλον. Μήπως τα αιολικά πάρκα είναι πραγματικές βιομηχανικές εγκαταστάσεις που έχουν ολέθριες επιπτώσεις όταν εγκαθίστανται σε ευαίσθητα φυσικά οικοσυστήματα, όπως είναι οι δρυμοί, τα δάση, οι δασικές εκτάσεις, τα μικρά νησιά, οι περιοχές ιδιαιτέρου φυσικού κάλλους; ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 76 από 111

78 Επιπτώσεις εγκατάστασης βιομηχανικών αιολικών πάρκων Η εγκατάσταση ενός αιολικού πάρκου απαιτεί σωρεία υποδομών (ορίζονται ως συνοδευτικές εγκαταστάσεις) καταστροφικών για το περιβάλλον: Για να μεταφερθούν οι γιγάντιες ανεμογεννήτριες (μια ανεμογεννήτρια 3 MW έχει ύψος ιστού 100 μ. περίπου και 45 μ. ακτίνα φτερωτής, συνολικά 135 μ. ύψος, όσο δηλ. ένας ουρανοξύστης 45 ορόφων) στη θέση εγκατάστασης, ξυρίζονται δάση, χτίζονται γέφυρες, ανοίγονται τεράστιοι δρόμοι, κόβονται δέντρα, το τοπίο αλλάζει ριζικά. Κατασκευάζονται μετεωρολογικοί πύργοι, ηλεκτρικοί υποσταθμοί μεταβολής τάσης (10-12 στρέμματα ο καθένας, για τα μεγάλα πάρκα), οικίσκοι επί οικίσκων συνεργείων, επιτηρητών, εργοταξίων και άπειρες ηλεκτρικές γραμμές, ρημάζοντας κυριολεκτικά παρθένες περιοχές και σημαντικά οικοσυστήματα. Για τη θεμελίωση αυτών των ανεμογεννητριών απαιτούνται τεράστιες ποσότητες τσιμέντου. Με τη σειρά του, η παραγωγή τσιμέντου απαιτεί τη χρήση τεράστιας ποσότητας ενέργειας, με συνεπακόλουθο την έκλυση στην ατμόσφαιρα εκατοντάδων τόννων διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Για πρώτη φορά σχεδιάζεται τέτοια μαζική επίθεση σε παρθένες περιοχές, που θα έχει τραγικές συνέπειες στη φυσιογνωμία του ελληνικού τοπίου. Λόγω του όγκου των ανεμογεννητριών (χαλύβδινα τέρατα, που φτάνουν πλέον ακόμη και τα 165 μ. ύψος και φαίνονται από παντού) το τοπίο αλλοιώνεται, μεταβάλλεται σε βιομηχανικό και τα παραθεριστικά θέρετρα υποβαθμίζονται. Η πτώση των τιμών των ακινήτων αντικατοπτρίζει την επιδείνωση της ποιότητας ζωής όχι μόνο σε περιοχές κοντά σε ανεμογεννήτριες. Όλο και περισσότεροι άνθρωποι περιγράφουν τη ζωή τους ως αβάσταχτη όταν είναι κατ ευθείαν εκτεθειμένοι στις ακουστικές και οπτικές συνέπειες των αιολικών πάρκων. Αναφέρονται περιπτώσεις ατόμων που δηλώνουν ασθένεια και ανικανότητα για εργασία, αυξάνεται ο αριθμός παραπόνων για συμπτώματα όπως ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 77 από 111

79 αρρυθμίες και άγχος, που είναι γνωστά ως αποτελέσματα υπόηχων (ήχοι συχνοτήτων κάτω από το κανονικό όριο ακουστικής λήψης). ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 78 από 111

80 Κεφάλαιο Τέταρτο 4. Αδειοδότηση Σχεδιασμού, Περιβαλλοντολογικά και Κοινωνικά Θέματα 4.1. Αδειοδότηση σχεδιασμού αιολικών σταθμών (αιολικών πάρκων) Θέματα σχεδιασμού αιολικών σταθμών παραγωγής ισχύος αποκτούν τη μέγιστη σπουδαιότητα σε χώρες που η ανάπτυξη ελέγχεται από περισσότερο ή λιγότερο αυστηρούς νόμους και ιδιαίτερα σε αναπτυγμένες χώρες με μεγάλη πληθυσμιακή πυκνότητα. Οι σπουδαιότεροι παράγοντες είναι οι εξής: ' 1. Η ύπαρξη συστήματος εθνικού σχεδιασμού που περιορίζει βιομηχανική και αγροτική ανάπτυξη. 2. Οδηγίες για επιχειρηματίες και μηχανικούς που θέλουν να αποκτήσουν άδεια σχεδιασμού εγκατάστασης αιολικών σταθμών παραγωγής ισχύος. 3. Η στάση του κοινού προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας γενικά και ιδιαίτερα στην ανάπτυξη αιολικών σταθμών. 4. Ανάπτυξη της πολιτικής σχεδιασμού που σχετίζεται με την αιολική ενέργεια και ιδιαίτερα με τους παράγοντες ωφελιμότητας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 5. Οι συνέπειες των απαιτήσεων σχεδιασμού στις δαπάνες για την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας. 6. Οι δαπάνες και τα κέρδη που σχετίζονται με την ένταξη αιολικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο ήδη υπάρχον δίκτυο διανομής ηλεκτρικού ρεύματος. Σε γεωγραφικές περιοχές χαμηλής πληθυσμιακής πυκνότητας τα θέματα σχεδιασμού είναι ελάσσονος σημασίας. Όμως, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στα περιβαλλοντολογικά θέματα καθώς και στα θέματα υποδομής για την ανάπτυξη όλων των ειδών των επιχειρήσεων αιολικής ενέργειας. Ένα παράδειγμα συμβουλών σε θέματα σχεδιασμού σε μια ανεπτυγμένη χώρα δίδεται από το Βρετανικό Σύνδεσμο Αιολικής Ενέργειας [British Wind ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 79 από 111

81 Energy Association (1994)] στις Οδηγίες για την Καλύτερη Πρακτική Ανάπτυξης Αιολικής Ενέργειας [Best Practice Guidelines for Wind Energy Development]. Αναφέρεται στον τρόπο έκφρασης της επίσημης κυβερνητικής πολιτικής στο Ηνωμένο Βασίλειο [UK], μέσω εγκυκλίων και οδηγιών πολιτικής σχεδιασμού, όπως η Σημείωση Οδηγίας Πολιτικής Σχεδιασμού PPG 22 (Υπουργείο Βιομηχανίας και Εμπορίου, 1993): [Planning Policy Guideline Note PPG 22 (Department of Trade and Industry, 1993)] Περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις Τα περιβαλλοντολογικά οφέλη από την αιολική ενέργεια προέρχονται κυρίως από τη μείωση της χρήσης των πετρελαϊκών καυσίμων, πράγμα που οδηγεί στη μείωση της εκπομπής ρύπων που δημιουργούνται από την καύση. Αυτοί είναι: - Εκπομπή αερίων - Ιπτάμενη στάχτη - Σκουριά Ίσως το πιο σημαντικό από αυτά είναι η έλλειψη εκπομπής αερίων, όπως οξειδίων του άνθρακα, θειάφι και άζωτο. Ο αιολικός σταθμός δεν εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα, οπότε δε συμβάλλει σε κλιματικές αλλαγές (γνωστές σαν το φαινόμενο του θερμοκηπίου). Τα συμβατικά πετρελαϊκά καύσιμα πολλών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος εκπέμπουν οξείδια του θείου και του αζώτου που συμβάλλουν στη δημιουργία όξινης βροχής, η οποία έχει προξενήσει σημαντικές περιβαλλοντολογικές καταστροφές στην Ευρώπη. Η ελάττωση των εκπομπών οξειδίων εξαρτάται από το ποσοστό των αιολικών σταθμών που συνδέονται στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικού ρεύματος. Για τις μέσες απαιτήσεις σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος στο Ηνωμένο Βασίλειο, η ετήσια ελάττωση σε εκπομπές αερίων φαίνεται στον πίνακα 3. Μια ανεμογεννήτρια δε παράγει ρύπους κατά τη λειτουργία της, η οποία διαρκεί πολλά έτη. Παράγονται μόνο ρύποι κατά τη διάρκεια της κατασκευής της, η οποία διαρκεί πολύ λίγο χρονικό διάστημα. Κατά τον ίδιο τρόπο η δαπανούμενη ενέργεια για την κατασκευή της ανεμογεννήτριας αποσβένεται κατά το πρώτο ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 80 από 111

82 έτος της λειτουργίας της (όπως αναφέρει το Παγκόσμιο Συμβούλιο Ενέργειας 1994). Πίνακας 4 - Ελάττωση εκπομπής αερίων λόγω χρήσης ανεμογεννήτριας υπό επικρατούσες τυπικές συνθήκες στο Ηνωμένο Βασίλειο (Αναδημοσιεύεται με την άδεια του Βρετανικού Συνδέσμου Αιολικής Ενέργειας). Στα περιβαλλοντολογικά μειονεκτήματα περιλαμβάνονται η οπτική επίπτωση, η χρήση γης, ο αντίκτυπος στην τοπική οικολογία, η πρόκληση θορύβου και η διαταραχή στις ραδιοεπικοινωνίες και στη λήψη τηλεοπτικών εκπομπών. Όμως τα μειονεκτήματα αυτά μπορούν να υπερκεραστούν με σωστή σχεδίαση και εγκατάσταση του σταθμού, καθώς και με μια πολιτική σχεδιασμένη έτσι, ώστε να εξασφαλίσει τη μέγιστη αποδοχή της αιολικής ενέργειας από την κοινή γνώμη. Η οπτική επίπτωση, δηλαδή το οπτικό εμπόδιο που παρουσιάζεται από τις ανεμογεννήτριες σε μια γραφική θέα της φύσης, είναι η πιο συχνή αντίρρηση του κοινού στην εγκατάσταση ενός αιολικού σταθμού. Οι περιοχές στις οποίες επικρατούν συχνοί άνεμοι, είναι συνήθως οι γραφικότερες, διότι εκεί δεν παρεμβαίνει πολύ ο άνθρωπος. Η αντίρρηση του κοινού προκαταλαμβάνεται για κάθε είδος σταθμού παραγωγής που είναι πιθανόν να εγκατασταθεί σε μια τέτοια περιοχή. Ο καλύτερος, λοιπόν, τρόπος για να παρουσιάσετε τα πλεονεκτήματα της αιολικής ενέργειας είναι η επίδειξη ενός σωστά εγκατεστημένου και καλά συντηρημένου σταθμού παραγωγής που λειτουργεί αποδοτικά. Το μέγεθος, το ύψος, το χρώμα, τα υλικά και η όλη σύσταση του αιολικού σταθμού καθώς και η θέση εγκατάστασης του η οποία δε θα πρέπει να εμποδίζει τη θέα, είναι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη για να μειωθεί η οπτική επίπτωση. Με έναν αιολικό σταθμό κάνουμε διπλή χρήση γης. Γνωρίζουμε ότι κάθε ανεμογεννήτρια, ενός σταθμού, πρέπει να βρίσκεται κάπως μακριά από την άλλη για να μην επηρεάζονται από τυρβώδεις ροές. Έτσι σ' έναν σύγχρονο σταθμό ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 81 από 111

83 παραγωγής οι ανεμογεννήτριες και οι βάσεις στήριξης τους καταλαμβάνουν μόλις το 2% του εμβαδού της επιφανείας του σταθμού. Η υπόλοιπη γη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για γεωργικές καλλιέργειες και για δρόμους πρόσβασης στις ανεμογεννήτριες, οπότε, από την πλευρά των γεωργών αυτό θεωρείται περισσότερο σαν πλεονέκτημα παρά σαν μειονέκτημα, αν βέβαια γίνει ο κατάλληλος σχεδιασμός, (κατά TovGarrad 1991). Το μέγεθος της πιθανής διαταραχής της τοπικής οικολογίας που προξενείται κατά την εγκατάσταση και εν συνεχεία κατά τη λειτουργία ενός αιολικού σταθμού, προβληματίζει πολλούς ανθρώπους. Η περίοδος ανέγερσης ενός αιολικού σταθμού είναι πολύ μικρή, δηλαδή μικρότερη από έξι μήνες, συγκρινόμενη με την περίοδο ανέγερσης ενός συμβατικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Η διαδικασία της ανέγερσης διαταράσσει μόνο μια μικρή επιφάνεια της όλης περιοχής που διατίθεται για το σταθμό κατόπιν αυτού η περιοχή επανέρχεται στην προηγούμενη της κατάσταση, εκτός από μια μικρή επιφάνεια που απαιτείται για τη στήριξη των ανεμογεννητριών και για τους διαδρόμους πρόσβασης σ' αυτές. Η επίπτωση των ανεμογεννητριών στη ζωή των πτηνών είναι ένα σημαντικό θέμα και έχει εξεταστεί σε πολλές χώρες, Benner (1993). Τα πουλιά μπορεί να πληγωθούν ή να σκοτωθούν αν συγκρουστούν στα πτερύγια ή στον πύργο στήριξης, ή ακόμα να διαταραχτεί η ανάπτυξη τους και οι συνήθειες διατροφής τους. Ο αριθμός των πτηνών που θυσιάζονται έτσι μπορεί να είναι μηδέν έως και πολλές εκατοντάδες ανά ανεμογεννήτρια ετησίως στις χειρότερες περιπτώσεις. Γενικά, αυτός ο αριθμός των πτηνών-θυμάτων είναι μικρότερος από τον αριθμό των πτηνών που θανατώνονται πάνω στις γραμμές μεταφοράς υψηλής ηλεκτρικής τάσης. Από μια μελέτη που έγινε βρέθηκε ότι οι ανεμογεννήτριες της Δανίας, έγιναν η αιτία του θανάτου πτηνών ετησίως, όταν αυτά συγκρούστηκαν με αυτές, ενώ περίπου πτηνά θανατώθηκαν από την κυκλοφορία στους δρόμους κατά το ίδιο χρονικό διάστημα, (Glausager, 1996). Η διαταραχή της ανάπτυξης των εντοπίων πτηνών δεν είναι τόσο μεγάλη όσο αυτή των αποδημητικών πτηνών. Δεν πρέπει, λοιπόν, ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 82 από 111

84 να γίνονται εγκαταστάσεις αιολικών σταθμών στους δρόμους των αποδημητικών πτηνών. Επίσης, οι ανεμογεννήτριες μπορούν να σχεδιαστούν έτσι, ώστε τα πουλιά να μην μπορούν να καθίσουν ούτε να φωλιάσουν επάνω τους. Η αντίρρηση του κοινού τόσο στην οπτική επίπτωση όσο και στο θόρυβο, που προκαλείται από τις ανεμογεννήτριες, είναι υποκειμενική. Ότι είναι αποδεκτό σε μια βιομηχανική περιοχή δεν είναι αποδεκτό σε μια αγροτική περιοχή και ότι είναι αποδεκτό κατά τη διάρκεια της ημέρας δεν είναι αποδεκτό κατά τη διάρκεια της νύχτας. Παραδόξως ο θόρυβος που προξενείτε από μια ανεμογεννήτρια, είναι περισσότερο αισθητός σε μικρές ταχύτητες ανέμου παρά σε μεγάλες ταχύτητες ανέμου, διότι το θρόισμα των φύλλων των δένδρων π.χ. σε χαμηλές ταχύτητες ανέμου, δεν καλύπτει το θόρυβο της ανεμογεννήτριας. Ο θόρυβος μιας ανεμογεννήτριας, προέρχεται από την αεροδυναμική των πτερυγίων της έλικας, από το δρομέα, από το κιβώτιο ταχυτήτων, από την ηλεκτρογεννήτρια κλπ. Ο θόρυβος του κιβωτίου ταχυτήτων είναι διακεκριμένος και μπορεί να υπερκαλύψει τον αεροδυναμικό θόρυβο, αλλά με προσεκτικό σχεδιασμό μπορεί να ελαττωθεί σε αποδεκτά χαμηλά επίπεδα. Ο αεροδυναμικός θόρυβος καλύπτει συνήθως μεγάλο μέρος του φάσματος των ακουστικών συχνοτήτων και προέρχεται από το μεταβαλλόμενο και ασταθές προφίλ του ανέμου και την διάχυση των βαράθρων τυρβώδους ροής των ακραίων σημείων των πτερυγίων της έλικας. Αυτός ο αεροδυναμικός θόρυβος μπορεί να μειωθεί αν τα ακραία σημεία των πτερυγίων γίνουν λεπτά και σχεδιαστούν με το ανάλογο προφίλ. Οι πρόσφατες έρευνες σ' αυτόν τον τομέα περιγράφονται από τον Haggetal (1993). Μια τυπική σύγχρονη ανεμογεννήτρια των 300 kw που λειτουργεί σε ταχύτητα ανέμου 8 m/s παράγει ένα επίπεδο θορύβου 45 dba σε ακτίνα 200m. Οι κανονισμοί στη Δανία προτείνουν αυτή την απόσταση ασφάλειας από μια ανεμογεννήτρια έως έναν κατοικημένο χώρο, ως την ελάχιστη απόσταση ασφάλειας για να είναι αποδεκτός ο θόρυβος και 500 μέτρα μακριά από έναν σταθμό παραγωγής (με πολλές ανεμογεννήτριες), κατά τον Garrad (1991). Ένα άλλο επίπεδο αποδεκτού θορύβου είναι τα 5 dba πάνω από τον υπάρχοντα θόρυβο του περιβάλλοντος τόσο κατά τις ώρες της ημέρας όσο και της νύχτας. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 83 από 111

85 4.3. Ποσοτική περιγραφή θορύβου ανεμογεννήτριας Αντίθετα με την οπτική επίπτωση, ο θόρυβος μπορεί να περιγραφεί ποσοτικά. Για να περιγραφεί ο θόρυβος μιας ανεμογεννήτριας, χρησιμοποιούνται δυο διαφορετικά μέτρα. Το ένα είναι το επίπεδο ισχύος ήχου, Lw, της πηγής και το άλλο είναι το επίπεδο πίεσης ήχου, Lp, σε κάποια απόσταση από την πηγή θορύβου. Και τα δυο μέτρα Lw και Lp εκφράζονται σε db (decibels). Το επίπεδο ισχύος ήχου περιγράφει την ισχύ της πηγής του θορύβου, ενώ το επίπεδο πίεσης του ήχου περιγράφει το θόρυβο σε κάποια απόσταση από την πηγή του θορύβου. Πίνακας 5 - Ακτίνα δράσης θορύβου ανεμογεννήτριας (επίπεδο πίεσης ήχου): αποτελέσματα πραγματικών μετρήσεων (αναδημοσιεύτηκε από τον A.D. Garrad 1991 Ώρα για Δράση: Αιολική Ενέργεια στην Ευρώπη, με την άδεια του Ευρωπαϊκού Συνδέσμου Αιολικής Ενέργειας). εκφράζεται ως Το επίπεδο ισχύος ήχου, Lw, μιας πηγής (δηλαδή της ανεμογεννήτριας), ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 84 από 111

86 L W = 10 log 10 ( P ) P 0 όπου Ρ είναι το επίπεδο ισχύος του ήχου που παράγει η πηγή και Ρο είναι το επίπεδο ισχύος αναφοράς του ήχου που είναι συνήθως 1 pw ή W. Μια τυπική τιμή του επιπέδου ισχύος ήχου που δηλώνουν οι κατασκευαστές των σύγχρονων μεγάλων ανεμογεννητριών είναι μεταξύ dba. Το επίπεδο ισχύος ήχου μεταβάλλεται με την ταχύτητα του ανέμου και κατά συνέπεια με τις καταστάσεις λειτουργίας της ανεμογεννήτριας. Ο θόρυβος που δημιουργείται από μεγάλες ταχύτητες ανέμου που περνούν πάνω από θάμνους και δένδρα τείνει να υπερκαλύψει το θόρυβο της ανεμογεννήτριας. Οι πιο κρίσιμες ταχύτητες ανέμου για την εκτίμηση του θορύβου βρίσκονται κοντά στο κατώφλι εισόδου, οπότε συνηθίζεται να δηλώνεται το επίπεδο ισχύος ήχου για ταχύτητα ανέμου 8 m/s. Το επίπεδο πίεσης ήχου, Lp, ενός θορύβου ορίζεται ως L P = 20 log 10 ( P ) P 0 όπου Ρ είναι η τετραγωνική ρίζα της μέσης τιμής (RMS) του επιπέδου πίεσης ήχου και Ρο είναι ένα επίπεδο αναφοράς πίεσης ήχου 20pPa (μικροπασκάλ) ή 20 x 10-6 Pa. Μια τυπική τιμή επιπέδου πίεσης ήχου σε απόσταση 350 m από ένα σταθμό παραγωγής είναι μεταξύ dba. Συνηθίζουμε να ισοσταθμίζουμε τις μετρήσεις ως προς την ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού με τη χρήση ενός φίλτρου της μορφής που φαίνεται στην Εικόνα 5. Οι μετρήσεις που γίνονται με αυτό το φίλτρο αναφέρονται ως dba ή db (Α). Όταν πάρουμε την τιμή του επιπέδου ισχύος ήχου που δίνει ο κατασκευαστής, μπορούμε να ορίσουμε τα επίπεδα πίεσης ήχου σε κάποια ακτίνα γύρω από το σταθμό παραγωγής για να βεβαιωθούμε αν πληρούνται τα κριτήρια και ότι δε θα ενοχληθούν οι κάτοικοι της γύρω περιοχής. Ένα απλό πρότυπο διάδοσης του θορύβου που παράγεται από μια ανεμογεννήτρια δίνεται από το Διεθνές Πρακτορείο Ενέργειας [International Energy Agency (1994)] ως ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 85 από 111

87 L P = L W 10log 10 (2πR 2 ) ar όπου Lp είναι το επίπεδο πίεσης ήχου σε ακτίνα R από την πηγή του θορύβου που έχει επίπεδο ισχύος ήχου Lw και α είναι ο συντελεστής απορρόφησης ήχου που εξαρτάται από τη συχνότητα. To Lp και το Lw εκφράζονται σε dba. Αν ο θόρυβος είναι μιας ορισμένης συχνότητας (τόνου), π.χ. αν προέρχεται από το κιβώτιο ταχυτήτων, ανιχνεύεται ευκολότερα από το ανθρώπινο αυτί, οπότε προσθέτουμε ακόμη 5 dba στο επίπεδο πίεσης ήχου για να εκτιμήσουμε τη δεκτικότητα στο θόρυβο. Εικόνα 22 - Συνάρτηση ισοστάθμισης dba. Επειδή η κλίμακα των db είναι λογαριθμική, η πρόσθεση δυο επιπέδων πίεσης ήχου γίνεται ως εξής: L = 10log 10 (10 L L 2 10 ) Αυτό σημαίνει ότι η πρόσθεση δυο ίσων τιμών δε θα διπλασιάσει την προκύπτουσα τιμή, αλλά θα την αυξήσει κατά 3 dba. Ο θόρυβος του χώρου γύρω από την ανεμογεννήτρια πρέπει να μετρηθεί χωρίς αυτή να λειτουργεί. Επειδή δε, ο θόρυβος αυτός δεν είναι σταθερός, λαμβάνεται ένας θόρυβος αναφοράς που επικρατεί κατά ποσοστό 90% του χρόνου και αναφέρεται ως Lgo- Το θέμα του θορύβου των ανεμογεννητριών είναι αρκετά περίπλοκο και οι κανονισμοί για τα όρια δεκτικότητας διαφέρουν από χώρα σε χώρα. Στο τμήμα ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 86 από 111

88 αυτό εισήχθησαν απλώς ορισμένες βασικές ιδέες, όμως μια πλήρης εξέταση αυτού του θέματος γίνεται από τον Wagner et al. (1996) Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή και ασφάλεια της ανεμογεννήτριας Η διαταραχή στις τηλεπικοινωνίες όπως της ραδιοφωνίας και της τηλεόρασης από ανεμογεννήτριες προέρχεται από ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, η οποία φαίνεται ότι εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος από την περιοχή εγκατάστασης. Η παρεμβολή προκαλείται από την επιφάνεια που διαγράφεται από την περιστροφή της έλικας η οποία δρα σαν καθρέπτης και αντανακλά τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα ενός πομπού. Υπάρχουν κυρίως δύο μηχανισμοί παρεμβολής: η εμπρόσθια σκέδαση και η οπίσθια σκέδαση. Εμπρόσθια σκέδαση προξενείτε όταν η ανεμογεννήτρια είναι εγκατεστημένη μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Εμφανίζονται τότε διαλείψεις στην οθόνη ενός τηλεοπτικού δέκτη, στο ρυθμό περιστροφής των πτερυγίων της έλικας. Οπίσθια σκέδαση συμβαίνει όταν η ανεμογεννήτρια είναι εγκατεστημένη πίσω από ένα δέκτη. Ο δέκτης δέχεται τότε δυο ειδών σήματα: το ένα σήμα προέρχεται κατ' ευθείαν από τον πομπό και ένα άλλο που ανακλώμενο πάνω στα πτερύγια της έλικας επιστρέφει πάλι στο δέκτη. Έτσι στην οθόνη ενός δέκτη τηλεόρασης βλέπουμε διπλό είδωλο ή το φάντασμα του κυρίως ειδώλου μαζί με το κυρίως είδωλο. Τ ο χειρότερο συμβαίνει στις υψηλές συχνότητες και όταν ασθενή σήματα αντεπιδρούν με μια μεγάλη έλικα με μεταλλικά πτερύγια η οποία βρίσκεται μεταξύ δέκτη και πομπού. Πρέπει, λοιπόν, να μη γίνεται εγκατάσταση ανεμογεννητριών μεταξύ πομπού και δέκτη μικροκυμάτων. Επίσης, όπου είναι εγκατεστημένες ανεμογεννήτριες πρέπει να εγκαθίστανται και ενισχυτές ραδιοσημάτων και οι δέκτες τηλεοράσεων να λαμβάνουν τις εκπομπές μέσω καλωδιακού δικτύου (έστω και αν οι δέκτες που επηρεάζονται έτσι είναι πολύ λίγοι). Τα μέχρι τώρα αρχεία των ασφαλιστικών εταιρειών αποδεικνύουν ότι η ασφάλεια των ανεμογεννητριών είναι πολύ καλή. Δεν έχουν αναφερθεί ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 87 από 111

89 ατυχήματα σε ανθρώπους που να οφείλονται σε τεχνικά σφάλματα, παρά μόνον σε περιπτώσεις που δεν τηρήθηκαν οι κανονισμοί συντήρησης και ασφάλειας. Έχει υπολογιστεί ότι αν μια έλικα διαμέτρου 38 m (από ανεμογεννήτρια 200 kw), περιστρεφόμενη με τη μέγιστη ταχύτητα κοπεί από τον άξονα της, μπορεί να ανυψωθεί 165 m προτού χτυπήσει στο έδαφος, (Taylor 1983). Οι κανονισμοί ασφάλειας σε ορισμένες χώρες απαιτούν μια απόσταση ασφαλείας 200 m μεταξύ ανεμογεννητριών και κατοικιών ή δρόμων. Εικόνα 23 - Μηχανισμοί παρεμβολής. Οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες είναι εφοδιασμένες με συστήματα εποπτείας και ελέγχου που περιορίζουν τα ατυχήματα που οφείλονται σε βλάβες εξαρτημάτων. Επίσης δεν πρέπει να γίνεται εγκατάσταση ανεμογεννητριών σε αρχαιολογικούς ή και ιστορικού ενδιαφέροντος χώρους Προσδιορισμός περιβαλλοντολογικών επιπτώσεων Η αίτηση που θα κάνει ένας επιχειρηματίας για να του δοθεί έγκριση (άδεια) σχεδιασμού για σταθμό αιολικής ενέργειας μπορεί να περιλαμβάνει ένα νομικό αίτημα υποβολής περιβαλλοντολογικής μελέτης, καθώς και υποβολής περιβαλλοντολογικής δήλωσης. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 88 από 111

90 Εν πάση περιπτώσει η παρουσίαση περιβαλλοντολογικής μελέτης είναι μια καλή πρακτική που πείθει ότι το έργο έχει σχεδιαστεί καλά. Μια εμπεριστατωμένη δήλωση περιβαλλοντολογικών επιπτώσεων είναι το πιο χρήσιμο έγγραφο που μπορεί να παρουσιαστεί κατά την περίοδο συνδιαλλαγής με τους μόνιμους κατοίκους της περιοχής στην οποία θα εγκατασταθεί ο σταθμός. Ο προσδιορισμός των περιβαλλοντικών επιπτώσεων καλύπτει θέματα που εξετάστηκαν σε προηγούμενα τμήματα και απαιτεί από τον επιχειρηματία να αποδείξει ότι ο προτεινόμενος σταθμός συμμορφώνεται με διάφορες απαιτήσεις. Οι απαιτήσεις αυτές σχετίζονται με θέματα όπως, οπτική επίπτωση, θόρυβο, παρενέργειες στην τοπική οικολογία και ασφάλεια, και ο εκάστοτε επιχειρηματίας πρέπει να αποδείξει ότι έχουν ληφθεί όλα τα απαραίτητα μέτρα για να περιοριστούν οι δυσάρεστες περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις. Προτεινόμενα θέματα που πρέπει να συμπεριληφθούν στην περιβαλλοντολογική δήλωση αναφέρονται σε κατάλογο του Βρετανικού Συνδέσμου Αιολικής Ενέργειας [British Wind Energy Association (1994)]. - Πλαίσιο Πολιτικής: πώς το προτεινόμενο έργο εντάσσεται στα τοπικά και εθνικά σχέδια ανάπτυξης. - Επιλογή Περιοχής: γιατί επιλέχτηκε αυτή η συγκεκριμένη περιοχή. - Χαρακτηρισμός περιοχών: αν το έργο επηρεάζει κάποιες περιοχές που έχουν χαρακτηρισθεί π.χ. για εθνικά πάρκα. - Προσδιορισμός οπτικής ή θεαματικής επίπτωσης: ετοιμάζεται ένας χάρτης που δείχνει από ποιες τοποθεσίες είναι ορατές οι ανεμογεννήτριες (οι περιοχές αυτές είναι γνωστές σαν ζώνες οπτικής επίδρασης) πιο περίπλοκες τεχνικές θα ήταν ίσως κατάλληλες για μεγαλύτερα σχέδια. - Καθορισμός θορύβου: προς βεβαίωση του ότι δε θα ενοχληθούν οι περίοικοι από το θόρυβο που θα προκαλεί ο σταθμός. - Προσδιορισμός οικολογικής επίπτωσης: επιπτώσεις στη χλωρίδα και την πανίδα. - Εκτίμηση επίπτωσης στο αρχαιολογικό και ιστορικό περιβάλλον: έτσι, ώστε, αν υπάρχει κάποια τοποθεσία ορισμένου ιστορικού ενδιαφέροντος να γίνει αντιληπτή, για να μην εγκατασταθεί εκεί ο σταθμός. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 89 από 111

91 - Υδρολογικός προσδιορισμός: το πώς το σχέδιο θα επηρεάσει τον υδροφόρο ορίζοντα. - Παρεμβολή στα συστήματα τηλεπικοινωνίας: είναι πολύ σημαντικό να βεβαιωθούμε ότι δε θα υπάρξει παρεμβολή στη λήψη τηλεοπτικών ή μικροκυματικών σημάτων στην περιοχή που θα εγκατασταθεί ο σταθμός. - Καθορισμός ασφάλειας: ασφάλεια της περιοχής της εγκατάστασης, συμπεριλαμβανομένης και της δομικής ακεραιότητας των ανεμογεννητριών. - Ασφάλεια αεροπλοΐας: για τα αεροσκάφη που ίπτανται σε χαμηλό ύψος καθώς και για τα συστήματα ραδιοεντοπισμού (RADAR), πρέπει να συμβουλευτούμε τις πολιτικές και στρατιωτικές αρχές, προκειμένου να αποφευχθούν ατυχήματα. - Διαχείριση κυκλοφορίας και έργων: περιλαμβάνει ορισμένες απαραίτητες τροποποιήσεις στους δημόσιους δρόμους. - Ηλεκτρική σύνδεση: οι περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις οποιασδήποτε ηλεκτρικής συσκευής που πρέπει να ληφθεί υπόψη, π.χ. εναέρια καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ισχύος και υποσταθμοί. - Οικονομικές επιρροές στην τοπική οικονομία: περιλαμβάνει μια εκτίμηση του αριθμού των μονίμων και προσωρινών θέσεων εργασίας που μπορεί να δημιουργηθούν. - Συνέπειες στο περιβάλλον της γης: το όφελος που προκύπτει από τη χρήση των ανεμογεννητριών μπορεί να επιδειχτεί- είναι το όφελος που προκύπτει από την ελάττωση της χρήσης συμβατικών σταθμών παραγωγής που χρησιμοποιούν πετρελαϊκά καύσιμα αναδίδοντας επικίνδυνες αναθυμιάσεις στη γήινη ατμόσφαιρα. - Συνέπειες στην περιήγηση και τη διασκέδαση: τις συνέπειες του έργου στις δραστηριότητες περιήγησης και διασκέδασης. - Αποπομπή: προτάσεις για το έργο κατά το τέλος της ωφέλιμης ζωής του. - Μετριασμός αντιξοοτήτων: τρόποι που μπορεί να μετριάσουν δυσάρεστες επιπτώσεις στο περιβάλλον. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 90 από 111

92 - Περίληψη χωρίς τη χρήση τεχνικών όρων: είναι το πιο σημαντικό τμήμα της δήλωσης και θα μπορέσουν να καταλάβουν και οι μη ειδήμονες αναγνώστες τα αποτελέσματα της περιβαλλοντολογικής εκτίμησης. - Για επιχείρηση μεγάλης έκτασης, ο προσδιορισμός των περιβαλλοντολογικών επιπτώσεων μπορεί να στοιχίσει ακριβά. Είναι δυνατόν να γίνουν εκτεταμένες μελέτες με χρήση φαινομενικής πραγματικότητας, μέσω υπολογιστή, ή με άλλους τρόπους, για να προσδιοριστεί η οπτική επίπτωση για παράδειγμα. Μέσω υπολογιστή μπορεί να γίνει η γεωγραφική απεικόνιση μιας περιοχής όπου θα φαίνονται οι ζώνες της οπτικής επήρειας. Οι χάρτες, που παράγονται με τη βοήθεια του υπολογιστή, μπορούν να δείξουν και την επίδραση των ανεμογεννητριών στις τηλεπικοινωνίες, για να ληφθεί υπόψη και η πιθανότητα παρεμβολής. Οι Εικόνες 24 έως 27 είναι φωτογραφίες αιολικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και δείχνουν πώς οι ανεμογεννήτριες συγχωνεύονται μέσα στο όλο τοπίο μετά από μία καλά σχεδιασμένη τοποθέτηση. Όμως, ακόμα και μικρές επιχειρήσεις θα επωφεληθούν από έναν επίσημο προσδιορισμό περιβαντολλογικών επιπτώσεων και αυτό συχνά μπορεί να γίνει χωρίς την προς τούτο βοήθεια επαγγελματιών, η οποία στοιχίζει και ακριβά, αλλά είναι απαραίτητη για μεγάλες επιχειρήσεις. Η χρήση πολύπλοκων λογισμικών εργαλείων μπορεί να φέρει εις πέρας υπολογισμούς με μεγάλη λεπτομέρεια, των οποίων τα αποτελέσματα μπορούν να παρουσιαστούν κατά τον καλύτερο τρόπο. Πάντως τα βασικά μέρη ενός καλού προσδιορισμού περιβαντολλογικών επιπτώσεων δεν απαιτούν ακριβά λογισμικά εργαλεία. ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 91 από 111

93 4.6. Κοινωνικά θέματα Εικόνα 24 - Ανεμογεννήτριες Το αν το κοινό θα δεχθεί τους αιολικούς σταθμούς εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος από την εκ μέρους του κοινού αναγνώριση της ανάγκης διατήρησης των αποθεμάτων πετρελαϊκών καυσίμων που σπανίζουν, αφενός και ελάττωσης των εκπομπών επικινδύνων αναθυμιάσεων, αφετέρου. Χρειάζεται λοιπόν να γίνει ενημέρωση του κοινού μέσω σεμιναρίων, για να γίνει έτσι γνωστή και αυτή η ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 92 από 111

94 εναλλακτική πηγή ενέργειας και να προαχθεί στη γνώμη του κοινού περαιτέρω. Εικόνα 25 Αιολικό Πάρκο Εικόνα 26 - Ανεμογεννήτρια ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 93 από 111

95 Εικόνα 27 - Ανεμογεννήτρια Εικόνα 28 - Ανεμογεννήτρια ΤΣΑΜΠΙΚΑ ΣΤΑΥΡΙΑΝΟΥ ΤΣΑΚΩΝ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σελίδα 94 από 111