ΔΙΕΡΕΤΝΗΗ ΔΤΝΑΣΟΣΗΣΩΝ ΕΓΚΑΣΑΣΑΗ ΜΙΚΡΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΚΑΙ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΙΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ

Transcript

1 Σεχνολογικό Εκπαιδευτικό Κδρυμα Καβάλασ Τμιμα: Θλεκτρολογίασ ΡΤΥΧΛΑΚΘ ΕΓΑΣΛΑ ΔΙΕΡΕΤΝΗΗ ΔΤΝΑΣΟΣΗΣΩΝ ΕΓΚΑΣΑΣΑΗ ΜΙΚΡΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΚΑΙ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΙΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΕΡΛΒΛΕΡΩΝ: Δρ. ΦΑΝΤΛΔΘΣ Γ. ΛΑΚΩΒΟΣ ΣΡΟΥΔΑΣΤΘΣ: ΦΑΓΚΟΥΛΘΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ ΣΡΟΥΔΑΣΤΘΣ: ΡΟΤΟΛΛΔΘΣ ΡΑΣΧΑΛΘΣ

2 ΕΤΧΑΡΙΣΙΕ Σε αυτό το ςθμείο νιϊκουμε τθ χαρά να ευχαριςτιςουμε όλουσ τουσ κακθγθτζσ μασ, οι οποίοι μασ βοικθςαν κατά τθ διάρκεια και των προπτυχιακϊν και των μεταπτυχιακϊν μασ ςπουδϊν, προςφζροντασ μασ απλόχερα πολφτιμεσ γνϊςεισ, οι οποίεσ ςυνζβαλαν ςτθν επιςτθμονικι μασ κατάρτιςθ, τθν επαγγελματικι μασ ςταδιοδρομία και ςτθ βελτίωςθ μασ ωσ άνκρωπο. Λδιαίτερα, κα ικελα να ευχαριςτιςουμε τον κακθγθτι μασ κφριο Φαντίδθ, χωρίσ τθ ςυμβολι και τθ ςτιριξθ, του οποίου δεν κα είχε πραγματοποιθκεί αυτι θ διπλωματικι εργαςία. Επίςθσ, δε κα πρζπει να παραλείψουμε, να ευχαριςτιςουμε όλουσ τουσ ςυμφοιτθτζσ μασ, με τουσ οποίουσ μοιραςτικαμε τισ απόψεισ μασ, ανταλλάξαμε γνϊςεισ και περάςαμε δθμιουργικό χρόνο μαηί. Τζλοσ, κζλουμε να ευχαριςτιςουμε τθν οικογζνεια μασ, θ οποία μασ ςτιριξε ςε όλο το ταξίδι των ςπουδϊν μασ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΛΟ 1 Ο. 6 Στροφι ςτισ ανανεϊςιμεσ πιγεσ ενεργείασ Ειςαγωγι ζ ό ό µ ά φ µ ι ζ ι ζ ϊ µ ζ ζ ά ΚΕΦΑΛΑΛΟ 2 ο. 18 Αιολικά πάρκα Ειςαγωγι Αιολικζσ Μθχανζσ Ρεριγραφι αιολικϊν μθχανϊν Συςτιματα ελζγχου εγκατεςτθμζνων αιολικϊν μθχανϊν Διείςδυςθ Αιολικισ Λςχφοσ και Ροιότθτα Λςχφοσ Αιολικό δυναμικό ςτθν Ελλάδα Αιολικό δυναμικό ςτισ χϊρεσ τισ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ Υπεράκτια αιολικά πάρκα Ρλεονεκτιματα και μειονεκτιματα αιολικϊν πάρκων Συμπεράςματα Ραρατθριςεισ ΚΕΦΑΛΑΛΟ 3 ο. 43 ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 3

4 Ειςαγωγι Φ/Β ςυςτιματα Λςτορικι ανάδρομθ Αρχζσ λειτουργίασ Ρωσ λειτουργοφν Φ/Β μονάδεσ και ςτοιχεία Ρωσ λειτουργεί ζνα Φ/Β ςφςτθμα Τφποι Φ/Β ςυςτθμάτων Ανεξάρτθτα Φ/Β ςυςτιματα ά / µά Εφαρμογζσ Φ/Β ςυςτθμάτων ςτθν Ελλάδα Δομι των διαςυνδεδεμζνων κτθριακϊν Φ/Β ςυςτθμάτων Κατθγοριοποιιςει των διαςυνδεδεμζνων κτθριακϊν Φ/Β ςυςτθμάτων Διαςυνδεδεμζνα κτθριακά Φ/Β ςυςτθμάτων υπό το κακεςτϊσ ανεξάρτθτου παραγϊγου Διαμόρφωςθ τθσ ςφνδεςθσ βάςει τθσ μεγίςτθσ ιςχφοσ τθσ Φ/Β εγκατάςταςθσ Επιλογι τθσ τοποκεςίασ εγκαταςτάςεισ του Φ/Β ςυςτιματοσ Τφποσ Φ/Β υλικϊν Φ/Β πλαίςια Φ/Β ςυςτιματα κινθτισ βάςεισ Ρλεονεκτιματα Μειονεκτιματα Φ/Β ςυςτθμάτων 73 ΚΕΦΑΛΑΛΟ 4 Ο. 78 Υβριδικά ςυςτιματα παραγωγισ ενεργείασ Ειςαγωγι 78 ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 4

5 4.1 Ειδι υβριδικϊν ςυςτθμάτων και τα χαρακτθριςτικά τουσ Αποκικευςθ ενεργείασ Υβριδικά ςυςτιματα ςτθν Ελλάδα Ρλεονεκτιματα και Μειονεκτιματα ςτα υβριδικά ςυςτιματα Συμπεράςματα.. 95 ΚΕΦΑΛΑΛΟ 5 Ο. 97 Ρρακτικι εφαρμογι Ειςαγωγι Μελζτθ περιοχι Κλιματολογικά δεδομζνα περιοχισ Άνεμοσ Κερμοκραςία Συςτιματα αποκικευςθσ ενεργείασ Από τι αποτελείτε το ςφςτθμα Συμπεράςματα. 109 ΚΕΦΑΛΑΛΟ 6 Ο Συμπεράςματα Ρροοπτικζσ Βιβλιογραφία.113 ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 5

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΛΣΑΓΩΓΘ ι ζ ζ άµ ϊ ό ά. ί ί ό φ ό ζ µ ί ϊ φ. ϊ µ ζ ζ µ ί µό φ ί µ ά ι ι. ό ό µ ι ά ό ί ί φ µ ζ ζ ι ί ( φµ ό ό ι ι φ ) µ ά µ ζ ά ό µ ά. ί ό µά µ µζ ό ά ό φ ό ί µζ (ά, ζ, ό ζ ) µό ζ ά ζ ζ ί όµ ζ. ό ό ι ζµµ ό φ ι ζ µζ ϊ µ ϊ ζ. ό ζ ί ϊ ά ιµ ( / ). ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 6

7 1.1 Ενζργεια Σχιμα 1.1: Ρυλϊνεσ μεταφοράσ θλεκτρικοφ ρεφματοσ υψθλισ τάςεωσ 120 kw ζωσ 400 kw. Σα χαρακτηριςτικά ηλεκτρικήσ ενζργειασ µό ϊ ζ ά 6 µµφ. ά ά ζ ϊ ί ί. ί ιµ µά ί ό ί µ ά ζ. ζ όµ ϊ ά ί µζ φ ά ί ζ µ όµ φ ί. µ ί ί 1997 ά µ ά ι ι ζ µ µό 300MW / µά. φµ µ ϊ µ ζ ζ µ ι ί άµ µζ µ ι ζ. (π.χ. ανεμογεννιτριεσ, φωτοβολταϊκά, υδροθλεκτρικά εργοςτάςια, κ.α.). µ ά ι ζ ί ϊ (kilowatt-hour). ί ϊ ά ί ζ ϊ ό µ ι φ 1kilowatt ( ά ) φ ά µ ϊ (1hour). 1 kwh = 1 kw x 1h = 1 kilowatt-hour = 1 ϊ ζ µ ά φ φ 1 kw (kilowatt) = 1000 W (watt) 1 MW (megawatt) = 1000 kw (kilowatt) 1 TW (terawatt) = 1000 MW (megawatt) ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 7

8 µ ό ϊ ί µ ά µζ ά ι ι φ φ. ά ϊ ι ζ ι ζ «φ», «ϊ» ι «ά» ζ ά ό ζ ά µ ά ά ά ά ( ά, ά ί ). ι ί ά φ (reactive power) ι ί ί φµ φ ά ζ ζ όµ ό φ ί µ ά ι ζ µ µ ζ ό φµ ί ά ί µ ζ ϊ (I2R) ϊ ί ϊ ά ά ι ζ Σο ενεργειακό πρόβλημα ι ζ ά µί ζ ί ό ά, ό ζ, ι ζ µ ά ά ά. µµ ι ϊ µ ϊ ζ ί µό 2% Ορυκτά καφςιμα ά φ µ (fossil fuels) ί ζ ό µό ί φ µ µ ί ό ίµµ ϊ ι ϊ µϊ. ό ά φ µ ί ά ί ά : Οι γαιάνθρακεσ ά ζ µ ζ ά ά ά ί. ό ι µ ι ί ί. Π ά ι ί ό µ ι ό µ ι ι ζ ά φ ί 35%. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 8

9 Σο πετρζλαιο ζ ό µ ά ι ό, φ ά µ ά ά ι ί ι µ ι ι ι ό ί 1950 µ ά. µ ό ι ό φ µ µ ζ ζ µ. Σο φυςικό αζριο ό ζ ί ί ό µ ά. ί ό ό ά φ µ ό ά µ ι ϊ µ ί. µ φ ό µ ζ φ ί ά ί. ιµ µ φ ό ζµ φ ί φ Π ό µ µί ϊ άµ ι ζµµ ά ό ά φ µ. ό ό µ ζ µ µζ ϊ φ ά φ µ φ ά φ φ ι ά ά ιµ. ά ά µ (Ρίνακασ 1.1) ί µ ζ ί ά ά ζ ί 200 ό ί µ ζ ϊ ίµ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 9

10 Σχιμα 1.2: Εκπομπζσ διοξειδίου του άνκρακα Πυρηνική ενζργεια Ά φ µ ι ι ζ ί ι. ό ά ι ζ ί µ ό φ µ µ ά µ ί ί ό µά φ. ι ζ ί µ ί µ όµ µ ι ζ ί ά ά µ ό ό ι, ί ιµ ζ µ ί µ ά. Ζ όµ ό µ ί ό ό µ ζ ι ί ί ί ά µ ζ µ φ ζ ά ' ό ι ι. µ φ ι µ φ ό ι ζ ζ ί µ 59 ι ό ι ά 78% Τδροηλεκτρική ενζργεια ό 16% ι ζ µί ά ό µ ά φ µ φ. µ ά ά µ φ ι ι ζ φ µ ά ά ά ϊ ό ά µ ά άµ. Ζ ζ µ ό ζ ό ό ό ότι ζ ι ίµ ϊ ά ζ ά ό µ φ ί 50 µ 100 ό. ί µ ί ά ά ά ιµ ζ µ ά µ ζ ζ ζ φ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 10

11 ά µ ι ί ά ι µ φ ά ιµ ί ό µ ά ϊ ζµ φ. ά ζ ϊ ζ µ ά ι ά ό ζ ά ό ά ί Ανανεϊςιμεσ πηγζσ ενζργειασ ζ, ά ϊ µ ζ ζ. ζ ζ ό ζ µ. ζ ό ά ι µ ι µ φ ά. ϊ µ ζ ζ ί ζµ µζ ι ό ζ φ όµ µ ί. Ά ιµ ί ό ί ϊ µ ζ µ ί µ µζ φ µι ι ζ. ό ά ό ϊ φ ϊ ό ι ί µζ. ζ ά ϊ ά φ ό ό ά φ µ ί ϊ ό ά ζ ί όµ. ά όµ ι ϊ µ ϊ ζ ζ ί ι ό ό µ ό ϊ ζ ά ί µ φ ι. ά ϊ ι ά ί ά ζ µ ό ι ϊ. ζ ϊ φ ί ά ϊ όµ ι ά άµµ µ ά ϊ ϊ ζ ά ζ µζ µ ι ι µ µϊ ι ϊ µ, ι ί, ζ. ά µ µ ί ί φ µ ά ϊ ϊ µά ζ ί µ µζ µ ά ι ι ζ ί µ ι ί ά µά µ ϊ ι ι ζ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 11

12 ό ζ ϊ µ ζ ζ ί : µ ι ή ζ µό, ί µζ φ ί µ ι ό. Σχιμα 1.3: Καταςκευι ανεμογεννθτριϊν από το 1997 ζωσ 2010) ή ζ ί ι ί ζ ί. µ ό ό ζ ί : T ϊ ά ήµ (photovoltaic) ι ι ζ ί µ ί µ ϊ µ ά ιµ ά µ ά ό. ϊ ά ιµ ί µ ά όµ ί φ µ ί µό ί ό ι φ µζ φ ζ ά ό ά. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 12

13 ήµ ϊ ή ζ µ φ φ (solar ater heating) ιµ ά ά ά µ ά µ ά ά. ζ 2008 ι µ 5 ζ µ φ ϊ µ ό ά ϊ ό µ µ ϊ ί. ά ά ήµ (solar concentrators) ι ζ, ί µ ά ί ζ ί µ φ ά ό µό µ ά ζ. µ ζ ζ µ ά ι ι ζ. ί ό ό µ ζ ζ ( όµ, ί ί ) ζ ά µ ά ιµ ό ό άµ φ µ ί. µ ά ζ ά µ ά ϊ µ ζ ζ ό ϊ ζµ ό ά. φ µ φµ µ ι ί 2003/30/ φ µ φ ά ό ι ζ φ µ µ ζ ί ά ό µά ό µά ί µι µ ά µ προϊόντων, ι ί ό ζ ( µ µ µζ ϊ ϊ ϊ ), µ ζ ί µ ζ ό, ϊ µι µ ά µ µ ϊ ϊ ι. φ µ ί ό µ ό µ ζ φ CO2 ζ µ ά φ µ. φ µ ζ ό ί - ζ µ ό µ ζ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 13

14 ά φ µ χ ό ά ά ζ φ ό ϊ ί ζ ζ ό ό µ ά ϊ φ ά ά ιµ ι. 1.2 Περιβάλλον ό ό µ ζ ί ϊ ά ό ό ό ό. ά ι ι ζµ ϊ ζ ό φ ί ϊ ά ι µ ι ά. ό ί µ ί ζ ά ϊ ά φ ό ( φ ί ) µά µ ό ί ζ µά ό. ζ µ ι «ζ» ά µ φ ά ό ιµ : ό µ ( ) ζ µ (global (over)warming) ό ό µ ζ µ ζ φ µζ µ ί ϊ. φµ µ µό ι ι µζ µ ί ι ί ϊ ζ ί ά 0,6 µ φ C (±0,2). ζ ί ι ζ ϊ φ µ ί φ ό µ ί ζ φ µ ί ζ 5,8 µ φ C. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 14

15 Σχιμα 1.4: Αλλαγζσ κερμοκραςίασ του περιβάλλοντοσ από το 1960 ζωσ 2010) όµ ό µ ζ µ ζ άµ ζ ί µ ι ί µ ί ό ϊ ό. ζ µ ι φ ζ ί ζ ά. ό ι ί ϊ µ ά ό µ ι µό. ί ά ό µζ ί ζ ά ζ. Ι µ ι ό (1992) ζ ί ό ι µζ φ ζ ά ί 2,8 ά/ζ ά φ ά ί ( ι ό ) µ ι. Ά ά όµ ί ό µ ζ µ ί ζ µ φ ϊ, µζ ζ ό ί ϊ µζ. ά µζ ά ζ, µζ ί, ζµ ι ό µ ϊ ϊ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 15

16 Σχιμα 1.5: Θ µζ φ ζ ά ά/ετ ζ µ ί (greenhouse gases) Π ζ ζ µ ί ί ί φ ό µ ζ µ. ζ ά φ ( ί ) ά ί ί ά ζ ό ζµ, µ ί ζ ά. µ ό ζ µ ί ί µ ί ( 2 0), ί ά (CO 2 ), µ ά (C 4 ), ί ί ( O 2 ) ό (O 3 ). ϊ ό φ φ CO 2, C 4, O 2 ί ά µ ί µό µό ό ά ό µ µί ό ά φ µ. Ό ή φ ϊ ίµ ά ϊ ά, ά ά ζ. ζ ζµ ό φ ϊ ίµ φ ό ί φ ί ζ ά µ µ ι ί ό ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 16

17 ι ( ί µ ό, µ φ ά ά µ ί ). ά ί 1.1 ά µ ι ό µ ι ζ ϊ φ ό ά ζ ό. Ρίνακασ 1.1: ό ί ϊ ϊ ό ϊ ζ Ζ ί ό ότι µό ό µ ί, των ϊ ϊ ό ϊ ζ µ ί ζ µ ά ί µζ ϊ ϊ ϊ. µ ί ϊ µ ϊ ζ ί ί ζ µ ό ιµ µ ί ϊ µά µ ί ό ά ά µ φ φ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 17

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΕΛΣΑΓΩΓΘ Θ αιολικι ενζργεια αποτελεί μια ανανεϊςιμθ και ιπια προσ το περιβάλλον μορφι ενζργειασ, θ οποία προζρχεται από τθ μετατροπι μικροφ ποςοςτοφ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςε κινθτικι ενζργεια του ανζμου. Θ χριςθ τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτισ μεταφορζσ και ςτθν παραγωγικι διαδικαςία ανάγεται ςτα πρϊιμα ιςτορικά χρόνια, όπου και θ αναφορά τθσ ελλθνικισ μυκολογίασ ςτο κεό Αίολο. Θ αξιοποίθςθ τθσ κινθτικισ ενζργειασ του ανζμου ξεκίνθςε από τα πρϊιμα ιςτορικά χρόνια και ζπαιξε αποφαςιςτικό ρόλο ςτθν εξζλιξθ τθσ ανκρωπότθτασ με τθ χριςθ τθσ τόςο ςτθ ναυτιλία όςο και ςτθν άρδευςθ κακϊσ και ςτισ αγροτικζσ καλλιζργειεσ. Θ αναφορά τθσ ελλθνικισ μυκολογίασ ςτο κεό Αίολο ο οποίοσ με τθν βοικεια των οκτϊ βοθκϊν κεϊν (Βορζα, Καικία, Απθλιϊτθ, Εφρο, Νότο, Λιψ, Ηζφυρο και Σκίρωνα) κεωρείται ο διαχειριςτισ των ανζμων, υπογραμμίηει τθ ςθμαςία τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτθν οικονομικι και παραγωγικι δραςτθριότθτα εκείνων των χρόνων. Στθ χϊρα μασ, όπωσ και ςε ολόκλθρο τον κόςμο το ενδιαφζρον για τθν αξιοποίθςθ τθσ αιολικισ ενζργειασ διατθρικθκε και ςτα μεταβυηαντινά χρόνια, αν και τον 19 ο αιϊνα θ χριςθ του άνκρακα και του πετρελαίου περιόριςαν ςθμαντικά τισ εφαρμογζσ τθσ. Μετά τον πόλεμο θ χριςθ τθσ αιολικισ ενζργειασ αρχίηει να υποχωρεί και οι βαςικοί λόγοι που οδιγθςαν ςτο γεγονόσ αυτό είναι δφο. Ο πρϊτοσ είναι θ ανάπτυξθ άλλων μορφϊν ενζργειασ που παρουςιάηουν μεγαλφτερθ πυκνότθτα και ταυτόχρονα είναι απαλλαγμζνεσ από τον ςτατιςτικό χαρακτιρα του ανζμου, δθλαδι παρουςιάηουν μεγαλφτερθ αξιοπιςτία διακεςιμότθτασ. Ο δεφτεροσ βρίςκεται ςτθ δθμιουργία εκτεταμζνων θλεκτρικϊν δικτφων, που φκάνουν ακόμα και ςτα πιο απομακρυςμζνα και απομονωμζνα μζρθ. Με αυτά τα δεδομζνα ζπαψε κάκε ενδιαφζρον γφρω από ανεμόμυλουσ για περίπου τριάντα χρόνια, μετά τον 2 ο Ραγκόςμιο Ρόλεμο. Πμωσ τθν τελευταία δεκαετία θ αιολικι ενζργεια αρχίηει να διεκδικεί και να παίρνει τθν κζςθ που τθσ αξίηει. Το πρωταρχικό κίνθτρο ιταν οικονομικό γιατί μετά τθν πετρελαϊκι κρίςθ του 1973 ζπρεπε να βρεκοφν και να αξιοποιθκοφν νζεσ πθγζσ ενζργειασ, και ςτθν ςυνζχεια εμφανίςτθκε και ζνασ νζοσ παράγοντασ, που τθ φορά αυτι ιταν οικολογικόσ.

19 2.1 Αιολικζσ Μηχανζσ Οι αιολικζσ μθχανζσ αποτελοφν ανκρϊπινεσ επινοιςεισ, που ζχουν ςκοπό τθν αξιοποίθςθ του μεγαλφτερου δυνατοφ ποςοςτοφ τθσ κινθτικισ ενζργειασ του ανζμου. Τελικόσ ςτόχοσ είναι θ μετατροπι τθσ αιολικισ ενζργειασ ςε ωφζλιμθ ενζργεια. Ο τφποσ ανεμογεννιτριασ που ζχει επικρατιςει ςιμερα και είναι εγκατεςτθμζνεσ, είναι οι ανεμογεννιτριεσ οριηόντιου άξονα, οι οποίεσ ζχουν τον άξονα τουσ παράλλθλο προσ τθν επιφάνεια τθσ γθσ και παράλλθλο με τθν διεφκυνςθ του ανζμου. Αποτελοφνται από τρία αεροδυναμικά φτερά τα οποία ρυκμίηουν και τθν ταχφτθτα περιςτροφισ τθσ πτερωτισ είτε με τθ ςτροφι των φτερϊν υπό γωνία ςε ςχζςθ με τθ διεφκυνςθ του ανζμου, είτε με τθ χριςθ ειδικϊν αεροδυναμικϊν βοθκθμάτων (ακροπτερφγια). Οι τεχνολογίεσ ςτισ αιολικζσ μθχανζσ που είναι εγκατεςτθμζνεσ είναι οριηόντιου άξονα με μεταβλθτζσ ςτροφζσ και ρυκμιηόμενο βιμα. Θ φιλοςοφία θ λειτουργία και ο ζλεγχοσ των αιολικϊν μθχανϊν αυτϊν είναι ο ίδιοσ για όλεσ τισ ανεμογεννιτριεσ. Διαφζρουν ςτα υλικά και ςτον τρόπο καταςκευισ τθσ ανεμογεννιτριασ. Σ αυτό το κεφάλαιο κα αναφερκοφμε γενικά για όλεσ τισ αιολικζσ μθχανζσ και ςτα προβλιματα ιςχφοσ που προκαλοφνται από τισ ανεμογεννιτριεσ. 2.2 Περιγραφή αιολικήσ μηχανήσ Τα βαςικά μζρθ μιασ ανεμογεννιτριασ οριηόντιου άξονα είναι (Σχιμα 2.1): ο πφργοσ ςτιριξθσ θ πτερωτι ο άξονασ περιςτροφισ το ςφςτθμα μετάδοςθσ τθσ κίνθςθσ το ςφςτθμα ελζγχου τθσ ανεμογεννιτριασ θ θλεκτρικι γεννιτρια το ςφςτθμα προςανατολιςμοφ τθσ μθχανισ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 19

20 Σχιμα 2.1: Μζρθ ανεμογεννιτριασ Θ αιολικι ιςχφσ από τθν πτερωτι μεταφζρεται ςτον άξονα περιςτροφισ (ρότορασ) και μζςω του κιβωτίου ςτθν θλεκτρικι γεννιτρια τα οποία βρίςκονται ςτθν πάνω πλευρά του πφργου ςτιριξθσ. Πφργοσ ςτήριξησ Δφο είναι οι τφποι πφργων που καταςκευάηονται, ο ςωλθνωτόσ και ο τφποσ δικτυϊματοσ. Αυτόσ που ζχει επικρατιςει όμωσ είναι ο ςωλθνωτόσ λόγω καλφτερθσ αιςκθτικισ, το εςωτερικό του πφργου μπορεί να αποτελεί και το κάλαμο ςτζγαςθσ των οργάνων τθσ ανεμογεννιτριασ, ζχει εςωτερικι ςκάλα ι και αςανςζρ πρόςβαςθσ ςτο κουβοφκλιο ςτθν κορυφι του. Πτερωτή Θ πτερωτι τθσ ανεμογεννιτριασ είναι ςυνικωσ καταςκευαςμζνθ από ελαφρά κράματα μετάλλων, ενιςχυμζνο πολυεςτζρα, αλλά και ξφλο ςε ςυνδυαςμό με ειδικζσ ρθτίνεσ. Για τθ βελτίωςθ τθσ ςυνολικισ ςυμπεριφοράσ μιασ πτερωτισ ανεμογεννιτριασ χρθςιμοποιοφνται πτερωτζσ μεταβλθτοφ βιματοσ. Θ μεταβολι του βιματοσ μιασ πτερωτισ ςυνίςταται ςτθν περιςτροφι του πτερυγίου γφρω από το διαμικθ άξονά του, με αποτζλεςμα τθ μεταβολι τθσ γωνίασ προςβολισ του από τον άνεμο. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται θ διατιρθςθ ςτακερισ ταχφτθτασ περιςτροφισ τθσ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 20

21 ανεμογεννιτριασ, θ βελτιςτοποίθςθ τθσ αεροδυναμικισ απόδοςθσ των πτερυγίων, ο ζλεγχοσ τθσ παραγόμενθσ ιςχφοσ, ο περιοριςμόσ των δυνάμεων που καταπονοφν τα πτερφγια. Θ πλιμνθ αποτελεί το δεφτερο ςθμαντικό τθσ πτερωτισ (δρομζασ) και περιλαμβάνει εκείνο το μζροσ τθσ ανεμογεννιτριασ πάνω ςτο οποίο προςαρμόηονται τα πτερφγια. Θ τελικι τθσ μορφι εξαρτάται τόςο από το είδοσ τθσ πτερωτισ όςο και από τουσ βακμοφσ ελευκερίασ ςτθ κζςθ ςφνδεςθσ πτερυγίων και άξονα. Ο άξονασ περιςτροφήσ Ο άξονασ τθσ ανεμογεννιτριασ καταςκευάηεται από ειδικό ενιςχυμζνο χάλυβα, ϊςτε να δφναται να μεταφζρει ιςχυρζσ μθ μόνιμεσ ςτρεπτικζσ και καμπτικζσ ροπζσ, ενϊ θ ζδραςι του γίνεται ςυνικωσ ςε δφο ζνςφαιρα ζδρανα ικανά να παραλαμβάνουν τόςο το βάροσ του άξονα όςο και τα εξαςκοφμενα φορτία. Σο ςφςτημα μετάδοςησ τησ κίνηςησ Ζνα από τα ςπουδαιότερα μζρθ τθσ ανεμογεννιτριασ είναι το ςφςτθμα μετάδοςθσ τθσ κίνθςθσ που περιλαμβάνει διβάκμιο ι τριβάκμιο κιβϊτιο μεταςχθματιςμοφ τθσ χαμθλισ ταχφτθτασ περιςτροφισ τθσ πτερωτισ ςε υψθλότερεσ ταχφτθτεσ περιςτροφισ ςτισ οποίεσ λειτουργοφν ςυνικωσ οι θλεκτρικζσ γεννιτριεσ. Ο τυπικόσ βακμόσ απόδοςθσ ενόσ διβάκμιου ςυςτιματοσ μετάδοςθσ είναι περίπου 96%. Το ςφςτθμα κίνθςθσ περιλαμβάνει επίςθσ υδραυλικό ι μθχανικό φρζνο και ελαςτικοφσ ςυνδζςμουσ απορρόφθςθσ ςτρεπτικϊν ταλαντϊςεων. Το μθχανικό φρζνο τθσ ανεμογεννιτριασ τοποκετείτε είτε ςτον άξονα υψθλισ ταχφτθτασ περιςτροφισ οπότε απαιτείται μικρι ςχετικά δφναμθ ροπισ πζδθςθσ, αλλά δεν προςτατεφεται θ πτερωτι από απϊλεια φορτίου ι κραφςθ του ςυςτιματοσ μετάδοςθσ κίνθςθσ, είτε ςτον άξονα χαμθλισ ταχφτθτασ περιςτροφισ. Στθν τελευταία περίπτωςθ λόγω τθσ μεγάλθσ ροπισ πζδθςθσ απαιτείται φρζνο αυξθμζνων διαςτάςεων, βάρουσ και κόςτουσ. Στθν περίπτωςθ όμωσ αυτι προςτατεφεται καλφτερα θ πτερωτι και το κιβϊτιο μετάδοςθσ, γι αυτό και αποτελεί τθ βζλτιςτθ τεχνικά λφςθ. Ηλεκτρική γεννήτρια Για τθ μετατροπι τθσ μθχανικισ ενζργειασ ςε θλεκτρικι ενζργεια χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ ςφγχρονεσ και αςφγχρονεσ γεννιτριεσ εναλλαςςόμενου ρεφματοσ και ςπανίωσ θλεκτρικζσ γεννιτριεσ ςυνεχοφσ ρεφματοσ. Θ απλότθτα ςτθν καταςκευι και θ ευκολία με τθν οποία ςυνδζεται ςτο δίκτυο θ αςφγχρονθ γεννιτρια, είναι το πλεονζκτθμα τθσ. Πμωσ θ ανάγκθ να παίρνει ρεφμα μαγνιτιςθσ από το δίκτυο δθμιουργεί προβλιματα όταν θ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 21

22 ιςχφσ τθσ ανεμογεννιτριασ είναι ςυγκρίςιμθ με τθν ιςχφ του θλεκτρικοφ δικτφου. φςτημα προςανατολιςμοφ τησ μηχανήσ Για τον προςανατολιςμό τθσ ανεμογεννιτριασ ςε παράλλθλθ κζςθ του άξονα με τθν διεφκυνςθ του ανζμου χρθςιμοποιείτε ςερβοκινθτιρασ που περιςτρζφει τθν άτρακτο τθσ μθχανισ με τθ βοικεια γραναηιϊν. Ο ςερβομθχανιςμόσ ελζγχεται από τον ανεμοδείκτθ του ανεμογράφου. 2.3 φςτημα Ελζγχου Εγκατεςτημζνων Αιολικϊν Μηχανϊν Θ ανεμογεννιτρια ελζγχεται από ζνα μικροεπεξεργαςτι, ο οποίοσ ελζγχει και ρυκμίηει τθν ανεμογεννιτρια όταν αυτι λειτουργεί ςε κανονικζσ ςυνκικεσ. Το ςφςτθμα κινδφνου ενεργοποιείτε αρχικά από τον επεξεργαςτι όταν αναγνωρίςει ζνα ςφάλμα παράλλθλα μ αυτό όλεσ οι ςχετικζσ λειτουργίεσ αςφαλείασ ελζγχονται θλεκτρομθχανολογικά. Ο θλεκτρομθχανικόσ ζλεγχοσ ζχει προτεραιότθτα από τον ζλεγχο με τον μικροεπεξεργαςτι. Ζλεγχοσ ςυςτιματοσ προςανεμιςμοφ (yaw). Αρχικά, ο ζλεγχοσ περιςτροφισ λειτουργεί ςε όλεσ τισ ταχφτθτεσ ανζμου, που είναι μεγαλφτερεσ από τθν ταχφτθτα (ανζμου) ζναρξθσ λειτουργίασ. Θ διεφκυνςθ του ανζμου μετριζται με τον ανεμοδείκτθ,που είναι τοποκετθμζνοσ ςτο φψοσ τθσ πλιμνθσ. Θ άτρακτοσ περιςτρζφεται από τουσ δφο (2) θλεκτροκινθτιρεσ προςανεμιςμοφ. Αυτόματη Ζναρξη Λειτουργίασ Αν ςε διαςτιματα τριϊν (3) λεπτϊν μετρθκεί ταχφτθτα, που είναι κατάλλθλθ για τθ λειτουργία τθσ ανεμογεννιτριασ και ο αιςκθτιρασ του ςυςτιματοσ ελζγχου δε δείχνει κάποιο ςφάλμα ςτα εξαρτιματα, τότε αρχίηει θ αυτόματθ διαδικαςία ζναρξθσ λειτουργίασ. Θ παραγωγι τθσ αιολικισ μθχανισ αρχίηει αυτόματα, όταν θ ταχφτθτα ανζμου ζχει φτάςει ςτθ χαμθλότερθ τιμι του εφρουσ των ταχυτιτων λειτουργίασ. Αυτόματη Θζςη Ρυθμίςεωσ Και Ελζγχου Μετά από μια επιτυχι ζναρξθ λειτουργίασ θ ανεμογεννιτρια μπαίνει ςτθν αυτόματθ κζςθ ρυκμίςεωσ και ελζγχου. Οι αιςκθτιρεσ των εξαρτθμάτων ςυνεχίηουν να ελζγχουν τισ παραμζτρουσ που αφοροφν: μετριςεισ για αςφαλι λειτουργία μετριςεισ για παφςθ λειτουργίασ καταςτάςεισ κινδφνου ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 22

23 Αν θ ανεμογεννιτρια ςταματιςει είτε χειροκίνθτα είτε από το ςφςτθμα ελζγχου θ γωνία των πτερυγίων ρυκμίηεται ςτισ 90: και θ μθχανι χαμθλϊνει τισ ςτροφζσ, μζχρι να ζρκει περίπου ςε κζςθ αναμονισ. Πταν πραγματοποιείτε παφςθ λειτουργίασ, το φρζνο δε λειτουργεί και το ςφςτθμα προςανεμιςμοφ τθσ ατράκτου παραμζνει ςε λειτουργία Σταμάτθμα τθσ ανεμογεννιτριασ μπορεί να προκλθκεί από: χειροκίνθτο ςταμάτθμα ζλλειψθ ανζμου θ ταχφτθτα ανζμου βρίςκεται ςτο μζγιςτο όριο λειτουργίασ περιςτροφι καλωδίων ςφάλμα ςε μονάδεσ τροφοδοςίασ ςιμα υψθλισ κερμοκραςίασ ςφάλμα (βλάβθ) ςε εξαρτιματα υνεςτραμμζνη Καλωδίων Τα καλϊδια ελζγχου και τροφοδοςίασ είναι αναρτθμζνα ελεφκερα ςτο μζςα ςτον πφργο και περιςτρζφονται αλλά μζχρι ζνα βακμό. Ο αρικμόσ περιςτροφισ όπωσ και θ διεφκυνςθ ελζγχονται από ζνα θλεκτρομθχανικό διακόπτθ. Αν πραγματοποιθκοφν τζςςερισ ςτροφζσ προσ τθν ίδια κατεφκυνςθ θ ανεμογεννιτρια ςταματάει τθ λειτουργία τθσ και ξετυλίγει τα καλϊδια περιςτρζφοντασ τθν άτρακτο αντίκετα. Πζδη ςυγκρατήςεωσ (φρζνο) Ο ρότορασ μπορεί να ςταματιςει με τθν βοικεια του φρζνου που ενεργοποιείται από τον διακόπτθ κινδφνου ςε ςυνδυαςμό με τθ διαδικαςία emergency stop (παφςθ λειτουργία κινδφνου), π.χ. ταχεία ρφκμιςθ του βιματοσ πτερυγίου. Κάποιο ςφάλμα ςτο φρζνο δεν επθρεάηει τθ λειτουργία του ςυςτιματοσ αςφαλείασ. Σε περίπτωςθ ςφάλματοσ του δικτφου, ενεργοποιείται θ διαδικαςία παφςθσ κινδφνου με τθ βοικεια τθσ ταχείασ ρφκμιςθσ του βιματοσ των φτερϊν. Το φρζνο δεν ενεργοποιείται και ο ρότορασ περιςτρζφεται ελεφκερα. Αν οι ςτροφζσ του ρότορα ξεπεράςουν τισ ονομαςτικζσ ςτροφζσ κατά 30% (διαφζρει για κάκε καταςκευαςτι από 27 μζχρι 33) ζνασ θλεκτρικόσ διακόπτθσ υπερτάχυνςθ ενεργοποιεί το κφκλωμα του emergency stop και το μθχανικό φρζνο ενεργοποιείται ταυτόχρονα με τθν ταχεία ρφκμιςθ του βιματοσ των φτερϊν. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 23

24 Μείωςη Απόρριψη ιςχφοσ Θ μείωςθ ι θ απόρριψθ παραγωγισ από τθ γεννιτρια, υλοποιείται με τθν ρφκμιςθ τθσ γωνίασ προςβολισ των πτερυγίων, μζςω του ςυςτιματοσ αυτόματου ελζγχου και ρυκμίςεωσ. Ανιχνευτήσ Σαλάντωςησ Ο ανιχνευτισ ταλάντωςθσ αναγνωρίηει μεγάλεσ ταλαντϊςεισ τθσ ατράκτου και ενεργοποιεί τθ διαδικαςία άμεςθσ παφςθσ λειτουργίασ με γριγορθ ρφκμιςθ τθσ γωνίασ των πτερυγίων. 2.4 Διείςδυςη Αιολικήσ Ιςχφοσ και Ποιότητα Ιςχφοσ Θ θλεκτρικι ιςχφσ που παράγεται από τισ ανεμογεννιτριεσ, παρουςιάηει ςυνικωσ τα ακόλουκα προβλιματα ιςχφοσ : διαταραχζσ πλάτουσ τάςθσ ςτακερισ κατάςταςθσ (steady state voltage level) διακυμάνςεισ τάςθσ (voltage variations or fluctuations) μεταβατικά φαινόμενα (transients) αρμονικζσ (harmonics) διακυμάνςεισ βαςικισ ςυχνότθτασ (power frequency variations). Στθ ςυνζχεια παρουςιάηονται ο τρόποσ με τον οποίο τα ανωτζρω προβλιματα ιςχφοσ προκαλοφνται από τισ ανεμογεννιτριεσ, θ ζνταςι τουσ και οι πικανζσ τουσ ςυνζπειεσ ςτθν ομαλι λειτουργία ενόσ ςυςτιματοσ θλεκτρικισ ενζργειασ. Διαταραχζσ πλάτουσ τάςησ ςταθερήσ κατάςταςησ Θ παραγωγι θλεκτρικισ ιςχφοσ από αιολικά πάρκα μπορεί να επθρεάςει το πλάτοσ τάςθσ ςτακερισ κατάςταςθσ. Θ επίδραςθ εξαρτάται από το πόςο ιςχυρό είναι το θλεκτρικό δίκτυο και τθ ςυνολικι παραγωγι αιολικισ ιςχφοσ. Σε ζνα αςκενζσ δίκτυο, μεγάλθ διείςδυςθ αιολικισ ιςχφοσ μπορεί να προκαλζςει αλλοίωςθ του πλάτουσ τθσ τάςθσ ζξω από τα επιτρεπτά όρια. Τοφτο αυτομάτωσ κζτει ζνα περιοριςμό ςτθ μζγιςτθ αιολικι διείςδυςθ. Θ αιτία αλλαγισ του πλάτουσ τάςθσ ςτακερισ κατάςταςθσ είναι θ μακροχρόνια αλλαγι τθσ μζςθσ ταχφτθτασ του ανζμου, ςε κλίμακα χρόνου μερικϊν λεπτϊν. Το πλάτοσ τάςθσ, ωσ ςυνάρτθςθ τθσ παραγόμενθσ ενεργοφ και άεργου ιςχφοσ, μπορεί να οριςτεί προςεγγιςτικά από τθ ςχζςθ (2.1): ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 24

25 (2.1) όπου: V P Q R X ονομαςτικό πλάτοσ τάςθσ δικτφου πλάτοσ τάςθσ ςτο ςθμείο ςφνδεςθσ του αιολικοφ πάρκου παραγόμενθ ενεργι ιςχφσ καταναλιςκόμενθ άεργοσ ιςχφσ αντίςταςθ δικτφου άεργθ αντίςταςθ δικτφου (επαγωγικι ι χωρθτικι). Θ επίδραςθ ςτο πλάτοσ τάςθσ ςτακερισ κατάςταςθσ ανεμογεννθτριϊν με γεννιτριεσ επαγωγισ απευκείασ ςυνδεδεμζνεσ ςτο δίκτυο (ςτακερϊν ςτροφϊν) εξαρτάται, ςε μικρό βακμό, από τα χαρακτθριςτικά τθσ γεννιτριασ και, κυρίωσ, από το λόγο X/R του δικτφου. Δίκτυα με τιμι του λόγου αυτοφ από 2 ζωσ 3 ςυνικωσ δεν είναι επιρρεπι από τισ ανεμογεννιτριεσ, όςον αφορά ςτθ μεταβολι του πλάτουσ τάςθσ ςτακερισ κατάςταςθσ. Τοφτο ιςχφει με τθν προχπόκεςθ ότι το ςφςτθμα είναι εφοδιαςμζνο με τουσ κατάλλθλουσ πυκνωτζσ για τθν κάλυψθ των αναγκϊν ςε άεργθ ιςχφ τθσ επαγωγικισ γεννιτριασ των ανεμογεννθτριϊν. Ανεμογεννιτριεσ που χρθςιμοποιοφν μεταςχθματιςτζσ με θλεκτρονικά ιςχφοσ παρζχουν αυτόματο ζλεγχο άεργου ιςχφοσ. Κεωρθτικά μποροφν να ελζγξουν τθν παραγωγι τουσ βάςει οποιουδιποτε κριτθρίου, όπωσ, για παράδειγμα, να διατθριςουν το ςυντελεςτι ιςχφοσ κοντά ςτθ μονάδα, ι να ελζγξουν το πλάτοσ τάςθσ ςτθν ζξοδο τθσ ανεμογεννιτριασ. Διακυμάνςεισ τάςησ Μία ανεμογεννιτρια παράγει, γενικά, ιςχφ που μεταβάλλεται, εξαρτϊμενθ από τθν ταχφτθτα του ανζμου ςτθν περιοχι εγκατάςταςθσ και λειτουργίασ τθσ. Αυτι θ μεταβαλλόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ μπορεί να προκαλζςει διακυμάνςεισ τάςθσ ςυχνότθτασ 0,01 10 Hz. Οι διακυμάνςεισ τθσ παραγόμενθσ ενεργοφ ιςχφοσ είναι πιο ιπιεσ ςτισ ανεμογεννιτριεσ μεταβλθτϊν ςτροφϊν. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 25

26 Σχιμα 2.2α : Διακφμανςθ τάςθσ κατά τθν κανονικι λειτουργία ανεμογεννθτριϊν ςτακερϊν ςτροφϊν, ελεγχόμενου βιματοσ πτερυγίων. Σχιμα 2.2β: Διακφμανςθ ενεργοφ ιςχφοσ κατά τθν κανονικι λειτουργία ανεμογεννθτριϊν ςτακερϊν (ελεγχόμενου βιματοσ πτερυγίων) και μεταβλθτϊν ςτροφϊν Θ επίδραςθ των διακυμάνςεων τάςθσ ςε ζνα θλεκτρικό δίκτυο μετράται με βάςθ τθν ζνταςθ του προκαλοφμενου flicker φωτιςμοφ. Μετριςεισ ζχουν δείξει ότι θ εφαρμογι αυςτθρϊν περιοριςμϊν ςχετικά με το προκαλοφμενο flicker, μπορεί να αποτελζςει αιτία για περιοριςμό τθσ διείςδυςθσ αιολικισ ιςχφοσ, όταν χρθςιμοποιοφνται ςυγκεκριμζνεσ ανεμογεννιτριεσ ςτακερϊν ςτροφϊν. Θ χριςθ μεταςχθματιςτϊν με θλεκτρονικά ιςχφοσ ςτισ ανεμογεννιτριεσ μεταβλθτϊν ςτροφϊν παρζχει δυνατότθτα μείωςθσ των διακυμάνςεων τάςθσ. Στισ περιπτϊςεισ αυτζσ, ακόμα και αυςτθροί περιοριςμοί ςτισ εκπομπζσ flicker δεν είναι δυνατό να αποτελζςουν αιτία απόρριψθσ αιολικισ ιςχφοσ. Ράντωσ, οι ςφγχρονεσ ανεμογεννιτριεσ ςτακερϊν ςτροφϊν, μποροφν να παράγουν ςτθ χείριςτθ των περιπτϊςεων flicker ζνταςθσ περίπου 50% μεγαλφτερθσ από τισ αντίςτοιχεσ μθχανζσ μεταβλθτϊν ςτροφϊν. Ακόμα και ςε αυτζσ τισ περιπτϊςεισ, το προκαλοφμενο flicker δεν είναι ορατό και δεν αποτελεί λόγο απόρριψθσ αιολικισ ιςχφοσ. Μεταβατικά φαινόμενα Δφο ιδθ μεταβατικϊν φαινομζνων προκαλοφνται από τθ λειτουργία ανεμογεννθτριϊν ςε αςκενι δίκτυα. Το πρϊτο αναφζρεται ςτθν προκαλοφμενθ πτϊςθ τάςθσ (voltage sag) κατά τθν εκκίνθςθ μιασ ανεμογεννιτριασ (ςχιμα 2.4α). Θ πτϊςθ τάςθσ οφείλεται ςτα ρεφματα υψθλισ εντάςεωσ που καταναλϊνει θ γεννιτρια κατά τθν εκκίνθςι τθσ. Το δεφτερο αναφζρεται ςτισ διαδικαςίεσ θλζκτριςθσ αποφόρτιςθσ πυκνωτϊν. Θ θλζκτριςθ ι θ αποφόρτιςθ πυκνωτϊν ςυνοδεφονται από ρεφματα υψθλϊν ςυχνοτιτων, τα οποία προκαλοφν μεταβατικό φαινόμενο τάςθσ ςτο θλεκτρικό δίκτυο. Θ λειτουργία μιασ ανεμογεννιτριασ μεταβλθτϊν ςτροφϊν δεν προβλζπεται να προκαλζςει ςθμαντικά μεταβατικά φαινόμενα ςτο δίκτυο. Το ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 26

27 (ςχιμα 2.4β) παρουςιάηει τθ μεταβολι τθσ ενεργοφ και άεργου ιςχφοσ ανεμογεννιτριασ μεταβλθτϊν ςτροφϊν κατά τθν εκκίνθςι τθσ, με άνεμο ταχφτθτασ ίςθσ με τθν ονομαςτικι. Στο (ςχιμα 2.3) παρουςιάηεται το αντίςτοιχο διάγραμμα κατά τθ ςφνδεςθ ςτο θλεκτρικό δίκτυο ανεμογεννιτριασ ςτακερϊν ςτροφϊν και ελεγχόμενου βιματοσ πτερυγίων, με άνεμο ονομαςτικισ ταχφτθτασ. Ππωσ φαίνεται ςτο ςχιμα αυτό, υπάρχουν ςθμαντικζσ διακυμάνςεισ τθσ ενεργοφ και ιδιαίτερα, τθσ άεργου ιςχφοσ τθσ ανεμογεννιτριασ, οι οποίεσ μπορεί να προκαλζςουν διαταραχζσ τάςθσ ςε ζνα αςκενζσ δίκτυο. Σχιμα 2.3: Διακφμανςθ τάςθσ κατά τθν εκκίνθςθ ανεμογεννιτριασ ονομαςτικισ ιςχφοσ 600 kw, ςτακερϊν ςτροφϊν, ελεγχόμενου βιματοσ πτερυγίων. Θ πρόκλθςθ μεταβατικϊν φαινομζνων από ανεμογεννιτριεσ δεν μπορεί να χαρακτθριςτεί ωσ ςθμαντικό πρόβλθμα ιςχφοσ, παρά μόνο αν ευαίςκθτοσ θλεκτρικόσ εξοπλιςμόσ είναι ςυνδεδεμζνοσ ςτο ίδιο δίκτυο χαμθλισ τάςθσ με τθν ανεμογεννιτρια από τθν οποία προζρχεται το μεταβατικό φαινόμενο. Σχιμα 2.4α : Διακφμανςθ ενεργοφ και Σχιμα 2.4β : Διακφμανςθ ενεργοφ και άεργου ιςχφοσ κατά τθν εκκίνθςθ άεργου ιςχφοσ κατά τθν εκκίνθςθ ανεμογεννιτριασ ονομαςτικισ ιςχφοσ ανεμογεννιτριασ ονομαςτικισ ιςχφοσ 600 kw, μεταβλθτϊν ςτροφϊν 600 kw, ςτακερϊν ςτροφϊν, ελεγχόμενου βιματοσ πτερυγίων ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 27

28 Αρμονικζσ Ανεμογεννιτριεσ που χρθςιμοποιοφν μεταςχθματιςτζσ με θλεκτρονικά ιςχφοσ παράγουν αρμονικζσ και ενδιάμεςεσ αρμονικζσ υψθλισ τάξθσ. Θ προκαλοφμενθ παραμόρφωςθ τθσ κυματομορφισ τάςθσ είναι τόςο εντονότερθ, όςο πιο αςκενζσ είναι το θλεκτρικό δίκτυο. Επομζνωσ, προκειμζνου να ενταχκοφν ςε ζνα αςκενζσ δίκτυο ανεμογεννιτριεσ μεταβλθτϊν ςτροφϊν με μεταςχθματιςτζσ με θλεκτρονικά ιςχφοσ, κα πρζπει να ελεγχκοφν οι εκπεμπόμενεσ αρμονικζσ ςτο δίκτυο. Συμβατότθτα με τουσ περιοριςμοφσ του δικτφου μπορεί να επιτευχκεί με τθ χριςθ φίλτρων. Ζνα κοινό ςυμπζραςμα ςχετικϊν εργαςιϊν είναι ότι οι αρμονικζσ που προκαλοφνται από τισ ανεμογεννιτριεσ είναι κάτω από τα επιτρεπτά όρια και δεν αποτελοφν λόγω απόρριψθσ αιολικισ ιςχφοσ. Διακυμάνςεισ ςυχνότητασ Θ ειςαγωγι ενόσ ςχετικά μικροφ ποςοςτοφ αιολικισ ιςχφοσ ςε ζνα ςφςτθμα παραγωγισ, δεν επθρεάηει τθ ςυχνότθτα του ςυςτιματοσ, κακϊσ οι ειςερχόμενεσ διαταραχζσ ςυχνότθτασ από τα αιολικά πάρκα, λόγω μεταβλθτότθτασ του ανζμου, είναι μικρζσ και αντιςτακμίηονται εφκολα από τισ κερμοθλεκτρικζσ μθχανζσ του ςυςτιματοσ. Ωςτόςο, θ ειςαγωγι μεγάλου ςχετικά ποςοςτοφ αιολικισ ιςχφοσ ςε ζνα ςφςτθμα, μπορεί να είναι πολφ ςθμαντικι όςον αφορά τθ ςτακερότθτα τθσ ςυχνότθτασ, ιδιαίτερα αν οι εγκατεςτθμζνεσ ανεμογεννιτριεσ είναι ςτακερϊν ςτροφϊν. Θ ςυχνότθτα του ςυςτιματοσ ρυκμίηεται κλαςςικά από τισ κερμοθλεκτρικζσ μθχανζσ. Ράντωσ, οι νζεσ ανεμογεννιτριεσ μεταβλθτϊν ςτροφϊν παρουςιάηουν πολφ καλφτερα χαρακτθριςτικά ςχετικά με τθ ςυχνότθτα του ςυςτιματοσ. 2.5 Αιολικό δυναμικό ςτην Ελλάδα Θ Ελλάδα ωσ χϊρα είναι ευλογθμζνθ από άποψθ ενεργειακϊν πθγϊν λόγω τθσ αφκονίασ του ιλιου ενϊ ο αζρασ είναι δυνατόσ, ειδικά ςτα νθςιά, ςτα οποία είναι αρκετόσ ϊςτε να αναπτυχκοφν αιολικά πάρκα, οικονομικϊσ βιϊςιμα. Στα νθςιά του Αιγαίου υφίςτανται δυνατοί άνεμοι, των οποίων θ ταχφτθτα τουσ κυμαίνεται από 7-11m/s κατά μζςο όρο. Ακόμθ, μετριςεισ ζχουν δείξει, πωσ ςτα νθςιά του Κεντρικοφ Αιγαίου θ μζςθ ταχφτθτα του ανζμου είναι μεγαλφτερθ από τα 7m/s και ςε τυπικά μζρθ κυμαίνεται μεταξφ 8-10m/s και ςε εξαιρετικζσ (υπερβολικζσ) περιπτϊςεισ φκάνει τα 12m/s. Στα ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 28

29 βόρεια και νότια νθςιά του Αιγαίου θ ταχφτθτα του ανζμου κυμαίνεται ςτα 6m/s. Το τεχνικά εκμεταλλεφςιμο ςυνολικό αιολικό δυναμικό ςτθν Ελλάδα, όπωσ προκφπτει με βάςθ τισ ςθμερινζσ τεχνολογικζσ δυνατότθτεσ και τουσ βαςικοφσ περιοριςμοφσ χωροκζτθςθσ αιολικϊν πάρκων εκτιμάται ςε MW για ταχφτθτεσ ανζμου πάνω από 6 m/s. Μζχρι το 2007 ζχουν εγκαταςτακεί ςτθν Ελλάδα 37 MW από τθ ΔΕΘ και 338 MW από άλλουσ φορείσ. Στα Ελλθνικά νθςιά του Αιγαίου, ςτθν Κριτθ και ςτθν Ανατολικι Στερεά Ελλάδα (με επίκεντρο τθν Εφβοια) μζςεσ ταχφτθτεσ ανζμου 6-7 μζτρων το δευτερόλεπτο, δεν είναι ςπάνιο φαινόμενο. Αυτό ςθμαίνει ότι, ςε περιοχζσ ςαν αυτζσ, το κόςτοσ τθσ παραγομζνθσ ενζργειασ είναι ιδιαίτερα ικανοποιθτικό και υπάρχει ζντονο ενδιαφζρον για τισ εφαρμογζσ τθσ αιολικισ ενζργειασ. Ζχουν επίςθσ ςχεδιαςτεί και καταςκευαςτεί Ελλθνικζσ ανεμογεννιτριεσ από το ΕΜΡ, Εργαςτιριο Αεροδυναμικισ, για παράδειγμα, οι ανεμογεννιτριεσ οριηόντιου και κάκετου άξονα, που ζχουν εγκαταςτακεί ι πρόκειται να εγκαταςτακοφν ςτθν Σκφρο. Θ ςυνολικι ιςχφσ των ανεμογεννθτριϊν των ζργων που ζχουν προτακεί και κάποια από αυτά ζχουν ιδθ εγκρικεί, ςτα πλαίςια εκνικϊν αναπτυξιακϊν προγραμμάτων και τθ υκμιςτικι Αρχι Ενζργειασ (ΑΕ) είναι τθσ τάξεωσ των 100 MW. Από αυτά υπάρχει κετικι γνωμοδότθςθ από τθ ΑΕ για 10 ζργα αιολικϊν πάρκων ςτο Νομό Αττικισ ςυνολικισ ιςχφοσ 109 MW, 27 ζργων για τθ Ν. Εφβοια (387 MW), 8 ζργων για τθν Άνδρο και 15 ζργων ςτθν Θπειρωτικι Ελλάδα (407MW), ςτθν Κριτθ περίπου 45 MW κτλ. Θ πρϊτθ εγκατάςταςθ ανεμογεννιτριασ ςτθν Ελλάδα ζγινε από τθ ΔΕΘ το 1982 ςτθ Κφκνο με ιςχφ 100kw. Ιταν αποτζλεςμα τθσ ςυνεργαςίασ Ελλάδοσ με τθ Δυτικι Γερμανία. Θ εγκατάςταςθ αυτι ιταν πειραματικι και λειτουργοφςε παράλλθλα με τον θλεκτροπαραγωγικό ςτακμό, ο οποίοσ λειτουργοφςε με πετρζλαιο. Στθ ςυνζχεια θ ΔΕΘ δθμιοφργθςε δφο άλλα αιολικά πάρκα, ζνα ςτθ Μφκονο(108kw) και ζνα ςτθν Κάρπακο (175 kw). Χρθςιμοποιικθκαν διαφορετικζσ τεχνολογίεσ, επειδι θ ΔΕΘ είχε τθν πρόκεςθ να μελετιςει ποια ιταν καταλλθλότερθ για μελλοντικά προγράμματα. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 29

30 Επίςθσ, εγκατζςτθςε ακόμθ δφο αιολικζσ μονάδεσ. Θ πρϊτθ αφοροφςε τθν εγκατάςταςθ αιολικϊν μθχανϊν James Howden ιςχφοσ 400kw ςτθν Μφκονο(θ οποία είναι αποδεδειγμζνα ζνα εξαιρετικό ςθμείο για τθν εγκατάςταςθ αιολικϊν πάρκων) μιασ και θ μζςθ ταχφτθτα του ανζμου ανζρχεται ςτα 11m/s. Θ δεφτερθ αφοροφςε τθν εγκατάςταςθ ανεμογεννθτριϊν ιςχφοσ 350 kw κάκετου τφπου τθσ εταιρείασ SIEMENS ςτθ νιςο Άνδρο, όπου θ μζςθ ταχφτθτα του ανζμου ανζρχεται ςτα 9m/s. Το πρϊτο ιδιωτικό αιολικό πάρκο λειτουργεί από το 1988 ςτθν Κριτθ, ιςχφοσ 10,2 MW (περιοχι Σθτείασ) καλφπτοντασ τισ ενεργειακζσ ανάγκεσ νοικοκυριϊν. Ζνα άλλο πάρκο 27,5 MW λειτουργεί από το 2002, με ετιςια παραγωγι 90 GWh, καλφπτοντασ 5% των ετιςιων θλεκτρικϊν αναγκϊν τθσ Κριτθσ. Σφμφωνα με τθ ΑΕ, ςε κάκε μθ διαςυνδεδεμζνο νθςί υπάρχει αυςτθρόσ περιοριςμόσ (περίπου 30% τθσ μζγιςτθσ ηιτθςθσ του ζτουσ) ωσ προσ το ςυνολικό μζγεκοσ ιςχφοσ των αιολικϊν που μποροφν να εγκαταςτακοφν. Το Κζντρο Ανανεϊςιμων Ρθγϊν Ενζργειασ ανζκεςε ςτθν ΡΥΚΑΛ τθν καταςκευι δφο ανεμογεννθτριϊν μεταβλθτϊν ςτροφϊν με ονομαςτικι ιςχφ 500kw θ κάκε μία. Τόςο οι μθχανζσ όςο και τα πτερφγια είναι Ελλθνικοφ ςχεδιαςμοφ και καταςκευισ. Θ ζρευνα ςτον τομζα αυτό ζγινε ςτα πλαίςια ερευνθτικοφ προγράμματοσ του Υπουργείου Ανάπτυξθσ. Οι μθχανζσ εγκαταςτάκθκαν ςτθν Αγία Μαρίνα Λαυρίου ςε αιολικό πάρκο, ιςχφοσ 3 MW που καταςκευάςτθκε ςτα πλαίςια του Επιχειρθςιακοφ Ρρογράμματοσ Ενζργειασ. Θ προοπτικι διείςδυςθσ των ανεμογεννθτριϊν ςτο Ελλθνικό ςφςτθμα θλεκτροπαραγωγισ είναι πολφ κετικζσ. Ρροβλζπεται ότι είναι δυνατι θ εγκατάςταςθ: MW για το MW για το Το αιολικό δυναμικό όπωσ αναφζραμε παραπάνω είναι ςτα νθςιά του Αιγαίου (ταχφτθτεσ ανζμου 8-11m/sec) και Ανατολικισ Ρελοποννιςου (π.χ. ςτθ Λακωνία 9m/sec), Εφβοιασ (8-9 m/sec) και Ανατολικισ Αττικισ (6m/sec) ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 30

31 είναι αρκετά ικανό για να επιτρζψει τθ μεγαλφτερθ διείςδυςθ των αιολικϊν για τθν παραγωγι ενζργειασ. Τα οφζλθ από τθν ανάπτυξθ τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτθν περίοδο εκτιμϊνται ςε : Μείωςθ εκπομπϊν διοξειδίου του άνκρακα κατά 2,2-2,8 εκατ. τόνουσ ετθςίωσ νζεσ κζςεισ εργαςίασ. Τα οφζλθ από τθν ανάπτυξθ τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτθν περίοδο εκτιμϊνται ςε: Μείωςθ εκπομπϊν διοξειδίου του άνκρακα κατά 4,2 5,6 εκατ. τόνουσ ετθςίωσ νζεσ κζςεισ εργαςίασ. Μζχρι το τζλοσ του 2012 ςτθν Ελλάδα κα ζχει εγκαταςτακεί αιολικά πάρκα ιςχφοσ 1087mw καταλαμβάνοντασ τθν 17θ κζςθ παγκοςμίωσ. Αιολικζσ μονάδεσ ςτθν Ελλάδα ζχουν εγκαταςτακεί ςτον Ζβρο, ςτθν Κριτθ, ςτθν Εφβοια, ςτθ Λακωνία, ςτθν Ράτρα και ςε νθςιά των Κυκλάδων όπωσ θ Κφκνοσ, θ Άνδροσ, θ Μφκονοσ κ.α.. Δυςτυχϊσ ο ακριβισ κεωρθτικόσ υπολογιςμόσ του δυναμικοφ των Α/Γ επθρεάηεται από όλεσ εκείνεσ τισ παραμζτρουσ που αναφζρκθκαν και οι οποίεσ πρζπει να είναι μετρθμζνεσ με ακρίβεια ςε τοπικό επίπεδο κατά τθν διάρκεια του ζτουσ (π.χ. γνϊςθ με ακρίβεια τθσ ταχφτθτασ του ανζμου ςε ωριαία ι θμεριςια βάςθ). Μετά τον υπολογιςμό του τεχνικά αξιοποιιςιμου αιολικοφ δυναμικοφ λαμβάνονται υπόψθ κάποιεσ απϊλειεσ τθσ τάξεωσ του 10-15%. Αυτζσ οι απϊλειεσ οφείλονται ςτθν ςκίαςθ των Α/Γ μεταξφ τουσ, ςε επικακίςεισ ςκόνθσ και αλάτων ςτα πτερφγια, ςτθν διακεςιμότθτα του δικτφου, ςτισ μικρζσ απϊλειεσ μεταφοράσ κλπ.. Είναι πικανό, λόγω των τοπικϊν ιδιαιτεροτιτων, να υπάρξει κάποια μικρι διαφορά ανάμεςα ςτα αποτελζςματα των υπολογιςμϊν και ςτθν πραγματικά παραγόμενθ ενζργεια. Θ κφρια παράμετροσ που κακορίηει το αιολικό δυναμικό είναι θ κατανομι τθσ ταχφτθτασ του ανζμου. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 31

32 Θ μάρκα και ο τφποσ τθσ ανεμογεννιτριασ τθσ ίδιασ ιςχφοσ οδθγοφν ςε διαφορζσ τθσ παραγόμενθσ Θ/Ε το πολφ κατά ποςοςτό 10%. Συγχρόνωσ, αν μορφολογία τθσ περιοχισ εγκατάςταςθσ των Α/Γ είναι ιπια, τότε θ ταχφτθτα αυξάνεται ελάχιςτα με το φψοσ. Ζνασ επιπλζον παράγοντάσ που πρζπει να λθφκεί υπόψθ είναι θ διακφμανςθ τθσ ηιτθςθσ Θ/Ε. Σε πολλζσ περιπτϊςεισ μπορεί να παράγεται περιςςότερθ Θ/Ε από τθν απαιτοφμενθ οπότε θ πλεονάηουςα κα πρζπει να αποκθκεφεται ςε κάποιεσ άλλεσ εγκαταςτάςεισ ι να αξιοποιείται με κάποιον τρόπο (π.χ. αφαλάτωςθ νεροφ) ι να γειϊνεται. Θ ηιτθςθ Θ/Ε το καλοκαίρι είναι γενικά αυξθμζνθ ςτα νθςιά (λόγω του τουριςμοφ και των ςυνθκειϊν), ενϊ ςυγχρόνωσ πνζουν ιδιαίτερα ιςχυροί άνεμοι. Ζτςι, θ εποχιακι διακφμανςθ τθσ παραγόμενθσ ιςχφοσ ςυμπίπτει ςθμαντικά με τθν διακφμανςθ τθσ ηιτθςθσ. Θ εγκατάςταςθ Α/Γ δεν μπορεί να οδθγιςει ςε ολοκλθρωτικι διείςδυςθ των ΑΡΕ ςτθν παραγωγι Θ/Ε. Αν ζχουμε εξαντλιςει το 30% διείςδυςθσ που επιτρζπει ο νόμοσ τότε πικανόν κάποια χρονικά διαςτιματα ζνα τμιμα των Α/Ρ κα είναι εκτόσ λειτουργίασ γιατί κα υπερκαλφπτεται θ ηιτθςθ, οπότε λόγω τθσ μεταβολισ τθσ ηιτθςθσ δεν είναι ςκόπιμθ οφτε εφικτι θ καταςκευι Α/Ρ πάνω από μια οριςμζνθ ιςχφ. Επιπρόςκετα, ςε μακρότερα ςυςτιματα, όπωσ είναι τα νθςιωτικά, προκφπτουν και προβλιματα ςτακερότθτασ και αςφαλείασ του δικτφου. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 32

33 2.5 Αιολικό δυναμικό ςτισ χϊρεσ τισ Ευρωπαϊκήσ Ζνωςησ Σχιμα 2.5: Αιολικό δυναμικό ςτα 50 μζτρα φψοσ για 5 διαφορετικζσ τοπογραφικζσ ςυνκικεσ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 33

34 Σχιμα 2.6: Ρόροι αζρα πζρα από τθν ανοικτι κάλαςςα για πζντε τυποποιθμζνα φψθ Από τουσ χάρτεσ παρατθροφμε(ρίνακασ 2.4, 2.5) ότι και οι άλλεσ χϊρεσ τθσ Ευρωπαϊκισ ζνωςθσ ζχουν κατάλλθλεσ κλιματολογικζσ ςυνκικεσ για τθν ανάπτυξθ αιολικϊν πάρκων. Ειδικά ςτθν υπεράκτια περιοχι Νότια τθσ Γαλλίασ κακϊσ και ςτο βόρειο υπεράκτιο τμιμα τόςο τθσ Λςπανίασ, τθσ Γαλλίασ αλλά και των υπολοίπων χωρϊν του Ευρωπαϊκοφ Βορρά(Σκανδιναβικζσ χϊρεσ, Θνωμζνο Βαςίλειο, Γερμανία) αναπτφςςονται κατάλλθλεσ ςυνκικεσ για εκτεταμζνθ χριςθ αιολικϊν πάρκων. Γι αυτοφσ τουσ λόγουσ ςτισ χϊρεσ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ των Δεκαπζντε χωρϊν μελϊν θ ςυνολικά εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ το 2003 ιταν MW (23,4% μεγαλφτερθ ςε ςχζςθ με το 2002). Στισ δζκα ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 34

35 νζεσ χϊρεσ μζλθ τθσ ΕΕ, θ ςυνολικά εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ το 2003 ιταν 102 MW (από τα οποία 57 MW ςτθν Ρολωνία). Στθ διευρυμζνθ Ευρωπαϊκι Ζνωςθ των Εικοςιπζντε χωρϊν μελϊν θ ςυνολικά εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ το 2003 ιταν MW. Στισ υπόλοιπεσ Ευρωπαϊκζσ χϊρεσ το 2003 είχαν εγκαταςτακεί 164 MW, από τα οποία 101 MW ςτθν Νορβθγία. Επίςθσ, ςτισ χϊρεσ τισ ΕΕ ζχουν εγκαταςτακεί μζχρι και το 2009 τα περιςςότερα αιολικά πάρκα(με βάςθ τθν ιςχφ τουσ) ςε ςχζςθ με τον υπόλοιπο κόςμο. Ωσ μεμονωμζνθ χϊρα πρϊτθ ζρχονται οι Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ Αμερικισ (με εγκατεςτθμζνθ ιςχφ MW). Ακροιςτικά ςε όλεσ τισ χϊρεσ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ ζχουν εγκαταςτακεί μζχρι και το τζλοσ του 2009 αιολικά πάρκα ςυνολικισ ιςχφοσ MW. Τθν πρωτοκακεδρία τθν κατζχει θ Γερμανία με ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφ MW. Στθ δεφτερθ κζςθ ανάμεςα ςτισ χϊρεσ τθσ ΕΕ βρίςκεται θ Λςπανία με εγκατεςτθμζνθ ιςχφ MW και ακολουκοφν θ Λταλία, θ Γαλλία και Θνωμζνο Βαςίλειο με ιςχφ 4850, 4410, 4070 MW αντίςτοιχα. Επίςθσ, ςθμαντικι πρόοδοσ ςυμβαίνει και ςτθν εγκατάςταςθ ςθμαντικϊν ςε ιςχφ υπεράκτιων αιολικϊν πάρκων ςτισ χϊρεσ τθσ ΕΕ ςε αντίκεςθ με τθ χϊρα μασ, όπου δεν ζχει εγκαταςτακεί κανζνα υπεράκτιο αιολικό πάρκο. Με ςτοιχεία, τα οποία διακζτουμε ζωσ τον Λανουάριο του 2009 (EWEA Offshore statistics) ςτισ χϊρεσ τθσ ΕΕ ζχουν εγκαταςτακεί και τεκεί ςε λειτουργία υπεράκτια αιολικά πάρκα ςυνολικισ ιςχφοσ 1474,33 MW ενϊ βρίςκονται υπό καταςκευι και ςχεδιαςμό μζχρι το 2015 υπεράκτια αιολικά πάρκα ςυνολικισ ιςχφοσ 37441,83 MW. Τθν τελευταία πενταετία μζχρι το 2009 ςε πολλζσ χϊρεσ τθσ ΕΕ υπάρχει μεγάλθ αφξθςθ ςτθν εγκατάςταςθ νζων αιολικϊν πάρκων. Στθ Γερμανία από το 2004 μζχρι και το 2009 εγκαταςτάκθκαν 9100 MW με ετιςια κατά μζςο όρο αφξθςθ 10,8%. Αλλά και ςτθν Λςπανία και τθ Γαλλία τθν ίδια χρονικι περίοδο είχαμε κατά μζςο όρο αφξθςθ 22% ετθςίωσ με MW και 68,9% με 4000 MW αντιςτοίχωσ να μπαίνουν ςε λειτουργία. Ακόμθ, παρατθροφμε ςθμαντικι ανάπτυξθ αιολικϊν πάρκων και από χϊρεσ γειτονικζσ με εμάσ όπωσ θ Τουρκία, θ οποία ζχει ςθμειϊςει ςθμαντικι αφξθςθ τθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ τθσ κατά 88% ανά ζτοσ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 35

36 Επίςθσ και ταχζωσ αναπτυςςόμενεσ χϊρεσ όπωσ θ Κίνα και θ Λνδία ζχουν ςτρζψει το βλζμμα τουσ προσ τθν αιολικι ενζργεια με αφξθςθ τθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ τουσ κατά 84,8% και 35,4% αντίςτοιχα κατά τθν τελευταία πενταετία. Τζλοσ κρίνεται ενδιαφζρον να αναφερκεί ότι: θ περιοχι που παρουςιάηει τθν μεγαλφτερθ ανάπτυξθ τθσ βιομθχανίασ αιολικισ ενζργειασ ςτθν Ευρϊπθ, είναι θ πολιτεία Ναβάρα τθσ Λςπανίασ ςτα Ρυρθναία Πρθ [Flavin 1999]. Θ περιοχι από το 1998 καλφπτει 23% τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ από τθν αιολικι ενζργεια. Σε μία προςπάκεια να τονωκεί θ βιομθχανία και θ οικονομία τθσ περιοχισ και παράλλθλα να λυκεί το ενεργειακό πρόβλθμα αντικακιςτϊντασ τθν θλεκτροπαραγωγι από πυρθνικι ενζργεια, κερμικι ενζργεια από άνκρακα και τθν ειςαγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ από άλλεσ περιοχζσ τθσ Λςπανίασ, αποφαςίςτθκε θ παροχι φορολογικϊν ελαφρφνςεων και άλλων οικονομικϊν ενιςχφςεων για τθν εκμετάλλευςθ τθσ αιολικισ ενζργειασ. Ραράλλθλα όμωσ, οι οικονομικζσ ενιςχφςεισ δίνονται μόνο ςε εγκαταςτάςεισ που γίνονται χρθςιμοποιϊντασ ανεμογεννιτριεσ που καταςκευάηονται ςτθν περιοχι. Με τον τρόπο αυτό οι οικονομικζσ ενιςχφςεισ παραμζνουν ςτθν περιοχι και παράλλθλα αναπτφςςεται και θ τοπικι βιομθχανία (π.χ. ςτθν πόλθ τθσ Ραμπλόνα). Τα αποτελζςματα ιταν εντυπωςιακά ςε όλουσ τουσ τομείσ, με τθν εγκατάςταςθ αρκετϊν εταιρειϊν αιολικισ ενζργειασ. Συνοψίηοντασ, ςε αυτό το κεφάλαιο είδαμε τα πλεονεκτιματα και τα μειονεκτιματα, τα οποία εμφανίηονται από τθ χριςθ των αιολικϊν πάρκων. Ππωσ κάκε ανκρϊπινθ εγκατάςταςθ ζχει τα μειονεκτιματα τθσ, ζτςι και θ εγκατάςταςθ των αιολικϊν πάρκων εμφανίηει κάποια μειονεκτιματα. Πμωσ με τθν κατάλλθλθ μελζτθ όπωσ γίνεται κατανοθτό από τα παραπάνω όλα ςχεδόν τα μειονεκτιματα από τθν εγκατάςταςθ των αιολικϊν πάρκων εξαλείφονται ι περιορίηονται ςτο απολφτωσ ελάχιςτο (ςε αντίκεςθ με ότι ςυμβαίνει από τθ χριςθ των θλεκτροπαραγωγϊν εργοςταςίων, τα οποία χρθςιμοποιοφν ορυκτά καφςιμα), αυτό ςθμαίνει ότι υπερτεροφν τα πλεονεκτιματα τα οποία ζχουν ωφζλεια ςε γενικότερο επίπεδο ανάπτυξθσ μζςω τθσ αφξθςθσ τθσ απαςχόλθςθσ, τθσ απόκτθςθσ τεχνολογίασ με τθν εξαγωγι τεχνολογίασ και τθσ ειςροισ ςυναλλάγματοσ, τθσ μείωςθσ τθσ εξαγωγισ ςυναλλάγματοσ από τθν ειςαγωγι ορυκτϊν καυςίμων, τθσ εξαςφάλιςθσ απρόςκοπτθσ παροχισ ενζργειασ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 36

37 2.7 Τπεράκτια αιολικά πάρκα Με αλματϊδεισ ρυκμοφσ αναπτφςςεται θ ευρωπαϊκι αγορά υπεράκτιων αιολικϊν πάρκων, θ οποία ζχει βρεκεί ςτο επίκεντρο του ενδιαφζροντοσ των μεγαλφτερων εταιρειϊν θλεκτριςμοφ. H τοποκζτθςθ μεγάλθσ κλίμακασ ανεμογεννθτριϊν ςε αβακι νερά, παρά το υψθλότερο κόςτοσ καταςκευισ ςε ςχζςθ με τθν εγκατάςταςθ αιολικϊν πάρκων ςτθ ςτεριά (μζχρι και 50% ακριβότερα), κερδίηει ςυνεχϊσ ζδαφοσ, μετά και τθ ςθμαντικι οικονομικι υποςτιριξθ τθσ E. E. και τα οικονομικά κίνθτρα των κρατϊν - μελϊν (υψθλι επιδότθςθ τιμι τθσ παραγόμενθσ κιλοβατϊρασ). Τα ςτοιχεία που παρουςίαςε τθν περαςμζνθ εβδομάδα ο Ευρωπαϊκόσ Σφνδεςμοσ Αιολικισ Ενζργειασ (EWEA) πιςτοποιοφν τθ ςθμαντικι ανάπτυξθ και δυναμικι του κλάδου, που άνοιξε το 1991 θ πρωτοπόροσ Δανία με τθν εγκατάςταςθ του πρϊτου υπεράκτιου πάρκου ςτο Vindeby, αποτελοφμενου από ζντεκα ανεμογεννιτριεσ ςυνολικισ ιςχφοσ 450 kw. Σιμερα, θ E. E. είναι ο παγκόςμιοσ θγζτθσ ςτα υπεράκτια ζργα, με 828 ανεμογεννιτριεσ και ςυνολικι ιςχφ MW ςε 38 διαφορετικά πάρκα που βρίςκονται ςε εννζα χϊρεσ. Το 2009 οκτϊ νζα υπεράκτια πάρκα, αποτελοφμενα από 199 ανεμογεννιτριεσ, με ςυνολικι ιςχφ 577 MW, ςυνδζκθκαν ςτο ευρωπαϊκό δίκτυο. Ρρόκειται για αφξθςθ 54% ςε ςχζςθ με τα 373 MW που εγκαταςτάκθκαν το Σχιμα 2.7: Υπεράκτια αιολικά πάρκα Στισ εννζα χϊρεσ που φιλοξενοφν υπεράκτια αιολικά πάρκα, δυςτυχϊσ, δεν ςυγκαταλζγεται θ Ελλάδα, παρ ότι το πρϊτο ςχζδιο για υπεράκτιο πάρκο κατατζκθκε ςτθ υκμιςτικι Αρχι Ενζργειασ (PAE) το Ρρόκειται για επενδυτικό ςχζδιο τθσ εταιρείασ TEPNA, που προβλζπει τθν εγκατάςταςθ ανεμογεννθτριϊν ςυνολικισ ιςχφοσ 450 MW ςτον Kόλπο Ρεταλιϊν, ανοιχτά τθσ Νζασ Νάρκθσ. H ίδια εταιρεία ζχει κατακζςει ζνα ακόμθ ςχζδιο ςυνολικισ ιςχφοσ 585 MW ςτο Κρακικό Ρζλαγοσ, ανοιχτά τθσ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 37

38 Σαμοκράκθσ, ενϊ ςτο Κρακικό Ρζλαγοσ επίςθσ, αλλά εκατζρωκεν τθσ Αλεξανδροφπολθσ, επενδυτικό ςχζδιο ςυνολικισ ιςχφοσ 216 MW ζχει κατακζςει ο Πμιλοσ Kοπελοφηου. Ζνα ακόμθ ςχζδιο για τθν εγκατάςταςθ υπεράκτιου αιολικοφ πάρκου ςυνολικισ ιςχφοσ 300 MW ςτον Ευβοϊκό Κόλπο κατατζκθκε από τθν εταιρεία KYΩN. Από τα τζςςερα αυτά ςχζδια μζχρι ςτιγμισ μόνο το πρϊτο τθσ TEPNA ζχει διαςφαλίςει κετικι γνωμοδότθςθ από τθ PAE, όχι όμωσ και άδεια, ενϊ τα υπόλοιπα βρίςκονται ακόμθ ςτο ςτάδιο τθσ αξιολόγθςθσ. Σε ευρωπαϊκό επίπεδο, ςτθν κορυφι βρίςκεται θ Δανία με μερίδιο 44%, θ οποία προςφάτωσ εγκαινίαςε το μεγαλφτερο υπεράκτιο αιολικό πάρκο ςτον κόςμο, τόςο ωσ προσ τον αρικμό των ανεμογεννθτριϊν (91) όςο και προσ τθν ζκταςθ (35 τετραγωνικά χιλιόμετρα). Ρρόκειται για το πάρκο Horns Rev 2, 30 χιλιόμετρα από τισ δυτικζσ ακτζσ τθσ Δανίασ ςτθ Βόρεια Κάλαςςα. Δυναμικά ςτθν αγορά ζχουν μπει θ Βρετανία, θ Γερμανία, θ Σκωτία, θ Σουθδία, θ Νορβθγία και θ Ολλανδία. Σιμερα, 17 υπεράκτια πάρκα είναι υπό καταςκευιν ςτθν Ευρϊπθ με ςυνολικι ιςχφ MW, εκ των οποίων τα μιςά καταςκευάηονται ςτισ βρετανικζσ κάλαςςεσ. Άλλα 52 ζργα ζχουν εξαςφαλίςει άδειεσ καταςκευισ ςυνολικισ ιςχφοσ περί τα MW, με ςχεδόν τθ μιςι από αυτιν τθν ιςχφ να ςχεδιάηεται ςτθ Γερμανία. Σχζδια για ςυνολικι ιςχφ 100 GW βρίςκονται ςτο ςτάδιο του ςχεδιαςμοφ, τα οποία μποροφν να καλφψουν το 10% των αναγκϊν τθσ Γθραιάσ Θπείρου. 2.8 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αιολικϊν πάρκων Πλεονεκτήματα Απορρζοντασ από τον άνεμο, θ αιολικι ενζργεια είναι μια κακαρι πθγι ενζργειασ. Θ αιολικι ενζργεια δε μολφνει τθν ατμόςφαιρα όπωσ τα εργοςτάςια παραγωγισ θλεκτριςμοφ τα οποία ςτθρίηονται ςτθν καφςθ ορυκτϊν καυςίμων, όπωσ άνκρακα ι φυςικό αζριο. Οι ανεμογεννιτριεσ δεν εκλφουν χθμικζσ ουςίεσ ςτο περιβάλλον οι οποίεσ προκαλοφν όξινθ βροχι ι αζρια του κερμοκθπίου. Στισ Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ θ αιολικι ενζργεια είναι οικιακι πθγι ενζργειασ, κακϊσ αφκονεί θ διακζςιμθ πθγι, ο άνεμοσ. Θ τεχνολογία που αναπτφςςεται περί τθν αιολικι ενζργεια είναι μια από τισ πιο οικονομικζσ που υπάρχουν ςιμερα ςτον χϊρο των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ. Κοςτίηει ανάμεςα ςε 4 και 6 cents ανά κιλοβατϊρα θ τιμι εξαρτάται από τθν φπαρξθ/παροχι ανζμου και από τθ χρθματοδότθςθ ι μθ του εκάςτοτε προγράμματοσ παραγωγισ αιολικισ ενζργειασ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 38

39 Οι ανεμογεννιτριεσ μποροφν να ςτθκοφν ςε αγροκτιματα ι ράντςα, ζτςι ωφελϊντασ τθν οικονομία των αγροτικϊν περιοχϊν, όπου βρίςκονται οι περιςςότερεσ από τισ καλφτερεσ τοποκεςίεσ από τθν άποψθ του ανζμου. Οι αγρότεσ μποροφν να ςυνεχίςουν να εργάηονται ςτθ γθ, κακϊσ οι ανεμογεννιτριεσ χρθςιμοποιοφν μόνον ζνα μικρό μζροσ τθσ γθσ. Οι ιδιοκτιτεσ των εγκαταςτάςεων για τθν παραγωγι αιολικισ ενζργειασ πλθρϊνουν ενοίκιο ςτουσ αγρότεσ για τθ χριςθ τθσ γθσ. Μειονεκτήματα Θ αιολικι ενζργεια πρζπει να ςυναγωνιςτεί τισ ςυμβατικζσ πθγζσ ενζργειασ ςε επίπεδο κόςτουσ. Ανάλογα με το πόςο ενεργθτικι, ωσ προσ τον άνεμο, είναι μια τοποκεςία, το αιολικό πάρκο μπορεί ι δεν μπορεί να είναι ανταγωνιςτικό ωσ προσ το κόςτοσ. Ραρότι το κόςτοσ τθσ αιολικισ ενζργειασ ζχει μειωκεί δραματικά τα τελευταία 10 χρόνια, θ τεχνολογία απαιτεί μια αρχικι επζνδυςθ υψθλότερθ από εκείνθ των γεννθτριϊν που λειτουργοφν με καφςθ ορυκτϊν. Θ ιςχυρότερθ πρόκλθςθ ςτθ χρθςιμοποίθςθ του ανζμου ωσ πθγι ενζργειασ είναι ότι ο άνεμοσ είναι περιοδικά διακοπτόμενοσ και δε φυςά πάντα όταν ο θλεκτριςμόσ απαιτείται. Θ αιολικι ενζργεια δεν μπορεί να αποκθκευτεί (εκτόσ αν χρθςιμοποιθκοφν μπαταρίεσ). Επιπλζον, δεν μποροφν όλοι οι άνεμοι να τικαςευτοφν ϊςτε να καλυφκοφν, τθ ςτιγμι που προκφπτουν, οι ανάγκεσ ςε θλεκτριςμό. Τα κατάλλθλα ςθμεία για αιολικά πάρκα ςυχνά βρίςκονται ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ, μακριά από πόλεισ όπου χρειάηεται ο θλεκτριςμόσ. Θ ανάπτυξθ τθσ εκμετάλλευςθσ του ανζμου ωσ φυςικοφ πόρου μπορεί ίςωσ να ςυναγωνιςτεί άλλεσ χριςεισ τθσ γθσ και αυτζσ οι εναλλακτικζσ χριςεισ ίςωσ χαίρουν μεγαλφτερθσ εκτιμιςεωσ από ότι θ παραγωγι θλεκτριςμοφ. Αν και τα αιολικά πάρκα ζχουν ςχετικά μικρι επίπτωςθ ςτο περιβάλλον ςε ςφγκριςθ με άλλεσ ςυμβατικζσ εγκαταςτάςεισ παραγωγισ ενζργειασ, υπάρχει ζνασ προβλθματιςμόσ για τον κόρυβο που παράγεται από τισ λεπίδεσ του θλεκτρικοφ κινθτιρα (ρότορα), για τθν αιςκθτικι (οπτικι) επίπτωςθ και για τα πουλιά που μερικζσ φορζσ ζχουν ςκοτωκεί κακϊσ πετοφςαν προσ τουσ θλεκτρικοφσ κινθτιρεσ. Τα περιςςότερα από αυτά τα προβλιματα ζχουν επιλυκεί ι ζχουν ςε ςθμαντικό βακμό μειωκεί μζςω τθσ τεχνολογικισ ανάπτυξθσ ι μζςω τθσ επιλογισ κατάλλθλων περιοχϊν για τθ δθμιουργία αιολικϊν πάρκων. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 39

40 2.9 υμπεράςματα - Παρατηρήςεισ Από τθν εργαςία προζκυψε αρχικά ότι θ χριςθ των ΑΡΕ είναι αναγκαία για τθν περαιτζρω ανάπτυξθ του πολιτιςμοφ μασ, ο οποίοσ ζχει ωσ βαςικό του ςτοιχείο τθν ενζργεια. Ππωσ όμωσ κάκε ανκρϊπινθ επζμβαςθ του ανκρϊπου ζτςι και θ δθμιουργία εγκαταςτάςεων, τα οποία κα εκμεταλλεφονται τισ ΑΡΕ μπορεί κάποιεσ φορζσ να προξενιςουν προβλιματα ςτο περιβάλλον, τα οποία εν πάςθ περιπτϊςει μπορεί να εξαλειφκοφν φςτερα από προςεκτικζσ μελζτεσ. Ακόμθ, θ ίδρυςθ αιολικϊν πάρκων με τθν ταυτόχρονθ παραγωγι των ςυςτατικϊν ενόσ αιολικοφ πάρκου από τθν εγχϊρια βιομθχανία δθμιουργεί νζεσ κζςεισ εργαςίασ απορροφϊντασ εξειδικευμζνο προςωπικό. Επίςθσ, αναπτφςςεται θ τεχνογνωςία των εργοςταςίων με αποτζλεςμα τθν καταςκευι πιο αποτελεςματικϊν Α/Γ αλλά και τθν εξαγωγι Α/Γ ζτςι ϊςτε να επιτυγχάνεται ειςαγωγι ςυναλλάγματοσ. Χαρακτθριςτικά παραδείγματα για τα οφζλθ από τθν παραγωγι Α/Γ ι μερϊν Α/Γ είδαμε ότι είναι οι εταιρείεσ με ζδρα τθ Δανία, τθν Λςπανία, τθ Γερμανία και τθν Αυςτρία. Σε αυτζσ τισ χϊρεσ όπου θ εγκατάςταςθ αιολικϊν πάρκων είναι μεγάλθ οι εταιρείεσ τουσ όπωσ θ VESTAS, θ GAMESA, θ SIEMENS παράγουν αξιόπιςτεσ και τεχνολογικά προθγμζνεσ Α/Γ τισ οποίεσ εξάγουν και ςε άλλεσ χϊρεσ. Επιπλζον, με τθ χριςθ Α/Γ μειϊνεται θ ειςαγωγι ορυκτϊν καυςίμων, αλλά και θ εξάρτθςθ από τα πετρελαιοπαραγωγά κράτθ τα οποία πολλζσ φορζσ χρθςιμοποιοφν τθ δυνατότθτα, που ζχουν να παρζχουν πετρζλαιο, για πολιτικοφσ ςκοποφσ. Αν και θ χριςθ τθσ αιολικισ ενζργειασ και γενικότερα των ΑΡΕ ζχει ςοβαρά πλεονεκτιματα και για τθν οικονομία και το περιβάλλον από τθ μελζτθ παρατθριςαμε ότι ςε χϊρεσ τθσ ΕΕ γίνεται μεγάλθ προςπάκεια και ωσ ζνα βακμό βρίςκονται κοντά ςτο να πετφχουν τουσ εκνικοφσ ςτόχουσ για τθ χριςθ των ΑΡΕ ςτθ ςυνολικι κατανάλωςθ ενζργειασ ςε αντίκεςθ με τθ χϊρα μασ, θ οποία απζχει πολλι από το να πετφχει τουσ εκνικοφσ τθσ ςτόχουσ. Συγκεκριμζνα παρατθριςαμε ότι και ςε απόλυτο μζγεκοσ αλλά και ανά κάτοικο εγκατεςτθμζνθ αιολικι ιςχφσ είναι μειωμζνθ ςτθ χϊρα μασ ςε ςχζςθ με άλλεσ χϊρεσ τθσ ΕΕ όπωσ θ Δανία και θ Γερμανία. Πμωσ ςτθ χϊρα μασ δρουν διάφοροι παράγοντεσ, ςτουσ οποίουσ οφείλεται θ ζλλειψθ ανάπτυξθσ των αιολικϊν πάρκων. Ζτςι, μζςα από τθ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 40

41 ςυγκριτικι μεκοδολογία παρατθριςαμε τα ακόλουκα ςτοιχεία τα οποία ζχουν τελματϊςει τθν αφξθςθ τθσ εγκατάςταςθσ των αιολικϊν πάρκων ςτθ χϊρα μασ ςε ςχζςθ με άλλεσ χϊρεσ τθσ ΕΕ. Επίςθσ, δεν υπάρχει ξεκακάριςμα (ςτθν πράξθ) ςτα χωροταξικά και ςτα κτθματολογικά ηθτιματα. Αντίκετα, όπωσ παρατθριςαμε ςε άλλεσ χϊρεσ τθσ ΕΕ υπάρχουν δυο με τρεισ νομοκετικζσ ρυκμίςεισ, οι οποίεσ αφοροφν τθν αγορά θλεκτρικοφ ρεφματοσ κακϊσ και τα κίνθτρα που δίδονται για τθν ανάπτυξθ των αιολικϊν πάρκων. Χαρακτθριςτικά παραδείγματα αποτελοφν θ Γερμανία και θ Λςπανία, κακϊσ επίςθσ και ξεκάκαρθ αντιμετϊπιςθ των χωροταξικϊν ηθτθμάτων. Ο δεφτεροσ και βαςικόσ παράγοντασ ο οποίοσ υπάρχει λόγω τθσ πολυνομίασ είναι όπωσ προαναφζραμε θ γραφειοκρατία. Επίςθσ, ο οργανιςμόσ invest in Greece ο οποίοσ ιταν αρμόδιοσ να προςελκφει επενδυτζσ μεγάλων επενδφςεων και να τθσ προωκεί μζχρι να μπουν ςτο ςτάδιο τθσ υλοποίθςθσ ιταν ανφπαρκτοσ κατά τθν περαςμζνθ πενταετία, με αποτζλεςμα να μθν υπάρχουν εκτεταμζνα μεγάλεσ επενδφςεισ ςε αιολικά πάρκα. Το τρίτο ςτοιχείο το οποίο παρατθρικθκε από τθ μελζτθ είναι θ απουςία υπεράκτιων αιολικϊν πάρκων ςτθ χϊρα μασ ςε αντίκεςθ με χϊρεσ τισ ΕΕ, οι οποίεσ βρζχονται από κάλαςςα. Ριο ςυγκεκριμζνα είδαμε ότι χϊρεσ όπωσ θ Γερμανία, θ Δανία και το Θνωμζνο Βαςίλειο ζχουν δείξει μεγάλο ενδιαφζρον για τθν εγκατάςταςθ υπεράκτιων αιολικϊν πάρκων και μζχρι το 2015 ζνα μεγάλο μζροσ τθσ παραγομζνθσ από τον άνεμο ενζργειασ κα προζρχεται από τα υπεράκτια αιολικά πάρκα. Αντίκετα, ςτθ χϊρα μασ, θ οποία όπωσ παρατθρικθκε και από τουσ χάρτεσ αιολικοφ δυναμικοφ ζχει αρκετά ιςχυρό και οικονομικά εκμεταλλεφςιμο υπεράκτιο αιολικό δυναμικό δεν ζχει εγκαταςτακεί κανζνα υπεράκτιο αιολικό πάρκο. Επομζνωσ, τα βαςικά ςυμπεράςματα που προκφπτουν είναι ότι θ μειωμζνθ εγκατεςτθμζνθ αιολικι ιςχφσ ςτθ χϊρα μασ δεν οφείλεται λόγω τθσ μθ υπάρξεωσ επενδυτικϊν νόμων ι γενναίων επιδοτιςεων ςτθν παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια αλλά ςτθν πολυνομία, τθ γραφειοκρατία και τθ μθ εκμετάλλευςθ του άφκονου υπεράκτιου αιολικοφ δυναμικοφ τθσ πατρίδασ μασ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 41

42 Συνοψίηοντασ, από τα παραπάνω ότι διαπιςτϊςαμε τθν κετικι ςυμβολι τθσ αιολικισ ενζργειασ και γενικότερα των ΑΡΕ ςτθν αναβάκμιςθ τθσ ποιότθτασ ηωισ των πολιτϊν, ςτθν προςταςία του περιβάλλοντοσ και ςτθν ανάπτυξθ τθσ οικονομίασ τθσ χϊρασ, θ οποία δείχνει ςεβαςμό ςτο περιβάλλον και είναι προςανατολιςμζνθ ςτθν πράςινθ επιχειρθματικότθτα. Με τισ προτάςεισ, τισ οποίεσ παρακζτουμε ευελπιςτοφμε να καμφκοφν τα εμπόδια, που υπάρχουν ςτθ χϊρα μασ ϊςτε να υπάρξει οικονομικι ανάπτυξθ και ευφορία. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 42

43 3 ο ΕΛΣΑΓΩΓΘ φ ι ι ζ ί Ι. ί Ι ζ ι ί ί µ ζ ό ό ϊ µ µ ϊ µ ζ ζ. ί ό ότι ι ί, ό µό ί ά ί, µ ί ϊµ ί ί. ό ό ί ό ι ί ά ό ά ϊ ( µ ϊ ) ά ζ ό φµ. ι ί ί φ φ µζ : µ ϊ ϊ, ϊ ϊ ϊ ϊ µά. ϊ ά ιµ µ ζ ι ζ ι, φ ζ ό µ ό ϊ ί φ ά φµ ό ό ί ( µ µζ ί, ά,..). μ ί ζ ό µ φ / ί. ά ά χ ζ ά µ ι / µά, ό ί φ µ φ ι ζ. ' ό ά ϊ µ ά ζ µ ό µό µζ / µά, ι µζ φ ά 1000 kw. ό µ ζ φ µ ά ό µ ιµ ό µ µζ ϊ. Ζ µ ό µό / µά ( ί 900) µ ι µ ι φ ζ ί ό ί ά µ φ φ ό ί ά ό ι ά. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 43

44 3.1 / ήµ Ζ ί ό ότι ϊ ά ιµ ί µ ί ά όµ, ι ϊ φ µ ά ιµ µ ί ό. ά ί ι ϊ ϊ ά ι ό ι µ ζ φ ό ά ϊ ό ό ά ή µή φµ µ ί ό ό ϊ µά µό µ ά ϊ ϊ ό ά ιµ ί ϊ ϊ ά ζ ι ι. ϊ ά µ όµ ϊ; ϊ µί ϊ µ ϊ ό όµ ζ 1839 ό ά ό Edmond Becquerel ( ) ά ϊ ό όµ ά ά µά µ µ ι ι µζ ό φ µ ά ό. όµ µ ό ιµ ζ 1876 ό Adams ( ) ι Day ι ό µ ό φ φµ ό ό ι (Se) ό ό ι µζ ό Czochralski ( ) ό µζ ι µ φ µ φ ί (Si) µ ι ζ ί µά µ ί µζ όµ ιµ µ ι ά ζ ί 1949 ό Mott Schottky ζ ί ό ι ά. µ φ ι ί ί ί. όµ ζ ϊ ζ µ ζ ί ί. ϊ ό ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 44

45 ί ι ό ι Bell 1954 ό Chapin, Fuller Pearson. ό ι 6% µ ά ί ι ί. ζ ό µ ά 1958 ί ϊ ϊ ά ϊ µ ϊ µ ϊ ό ι ζ ϊ φ µ ό Vanguard I. φ µ ό φ ϊ 8 ό ό. ό ό ό µ ί µ ά ϊ ά ιµ ά µ ϊ ά ά ζ µ ζ ί ϊ ϊ. ιµ µ µί µ ά ίµ ζ ί µ ά ό ά ί ά ζ ϊ µ ό µ ί ί ζ ι φ ά φ µ ό φ µ ά ϊ ι ί. Ι ζ ζ ϊ ζ ί µ ά φ µζ ί. ί ό ά ί ό ί ί ϊ ζ µ φ ό µό ί µά µι ό ό ό ί µ ά µ ί µ ϊ ϊ, ι ϊ ϊ. ό ί ί ζ ί µ ί ζ ι ί ά ά µ ι ά µ ά ά. ϊ ά ιµ ό φµ φ ί φ µ ά ό µά ά ί ό ι µ ά ό ά ό ί ι ϊ φ ϊµ (thin film) µ ό ί φµ ό ί. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 45

46 3.1.2 ζ ί ί ϊ ϊ ό όµ µ ά ί ζ ό µ ϊ ϊ µ ό ί. ά µ όµ ά µ ό ι. Π ί µ ά ί ά, ί ά ( ό ) ί ά ό ό ά. ό ό ά µ ί µ ι µ ά µ ι ζ ( φµ µ ι ι ζ ) ί ι ί µό. ό ά όµ ά ά ά ί ζ ό µ ζ ζ ό ί ( ζ ζ ) ι ζ. ά ά ί µ ί ά ί ί ά ι ό ζ ί µζ ι ό φ ϊ ι ϊ. ό ά φ ζ µ ά ά µ ί ί, φ µ φ, µ ζ µ φ. Ζ µ ό ζ ό µ ί ί ι µό ί µό µ ί µ ά. µ ί ό ί ό µ φ ί ό ό ά ί µό ί ό όµ ί ι ά ( ζ ). ό ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 46

47 ό µ ό ί ί (Si) ό φµ ό. ί ζ µ ό µό 14 ζ ι ά 4 ό. Π ά µ ζ ό ό ό ι ά ( ί " ά" µ µζ µ 8 e) ά ά ά µ µ ί µ φ ά ό ι µ φ ά µ ό ά ι µ µζ ι ά ζ. ι ά ί ι µι ί φ ό ά ά άτομα µ ί ά µ ζ ό ϊ ζ ό µ ό ά ά µ ά µ ό ό φ µ µ µζ ι ά ι µι. ι ί ι ό ζ ά ά. ι µ ι όµ ί ί ό. ζ ά φ ζ φ ϊ ό ά ά ί ά ά φ ά ά ό µ ι φ ά φ ό µ ί φ φµ ό. µ ί ά µζ µ ϊ µ ζ ό ί ά µ ό ό. ό ά ί µ ό µ µ ά ί ί ί ζ ζ ό ό ί ζ ό ά ζ. ι ό µ ά ά φ ό ί ά ί ( ό φ p) ί ά ί ( ό φ n). ί ό ζ µ ό φ n ι ϊ ζ ά µζ φ ί ζ ί ό µ ό φ µ 5e ι ά ό ά µ ζ (As). ί µ ι µ ζ µ ό φ p ϊ ά µζ φ ί ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 47

48 ά ί ό µ φ ά φ ό ό ( ) ζ 3e ι ά. µ ί ή ( φ ί ) ά ζ µ ι φ µµά ί φ n φ p ζ ζ ό ά µ ί µ ί ϊ ζ ό ί ι φ ϊ ί ζ ί ί µ φ µό (Σχιμα 3.1). Σχιμα 3.1: Θλεκτρικό πεδίο δφο υλικϊν ζ ό ι n ζ ό «ζ» ι p. ό ά φ ϊ ί µ ό ί ϊ φ φ ά ϊ ι ί. ί ή ί ι ί ζ µ µ ι ζ ζ ι ί. ό ό ί µ ά φ φ ά ι φ n φ ά µ ι φ p. ό ι φ p ί φ µ φ ϊ ϊ ά ά ι ό ό ζ ζ ό ό ί ί ι. φ ά ό ά µ ι ι µ ά ί φ ζ. µµά ι n ζ ζ µ µ ί ί µ φµ µ φµ. ι ί ί µ ί ά ό φµ ά ι µ µ ά ό ζ µ ό ό ά µζ ι n ά ι p ζ ί άµ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 48

49 µ ζ ό ϊ ί ζ ϊ µ όµ ό φµ ά. ι ί µζ ι ι ί ϊ φ όµ. µ ί / ό ί όµ µ φµ µ φµ ό ί ι ζ ; ά µ ό ό ά ά µι φµ ί. ά ά φ φ ά µ ί ό ά ά. Ζ ά µ ό µ φµ µ φµ µ φµ µό ί ά µ ί ά µ µζ ό. ό ι ζ ά ζ µ ί ι ζ µ ί ι ό φ. φ ί ά ό ό ϊ φ φ ί ό ά µ φ ι µ ι. Σχιμα 3.2: Κίνθςθ με θλιακι ενζργεια ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 49

50 3.1.3 φ ι ϊ ι ζ ί ί ό ζ ό ϊµ ί µζ ϊ ( φ ) ά ζ φ ϊµ ί, µζ ό ( φ ). ά ι ζ ό ά φ ά ά, µ ί ζ ό ί. Π ό ί ά ζ, ό ό ί ζ µι φ ό ί ό, µ ζ µ ι φµ ό ζ ί µζ ό ί (Σχιμα 3.3). Σχιμα 3.3: φωτοβολταϊκι κυψζλθ ζ µ ζ, µ ι ϊ ι ζ ά ί 0,5-0,6 φ φµ ι µ φ ί φ ϊµ. ό φµ ά ζ ά ό µ ό ά µζ ό ί ά µ ζ φ ό ά. ά µ, ά ό ζ ό, µ ι PV ζ µ ά 160. ά ά ί 2 Watt µζ φ ϊ ζ ά ί ϊ ζ ζ ζ ά ι ά ϊµ ι µ φ ά φ. ϊ ζ µ ά φ ό ζ µζ ό ζ µ (module) ί µ ϊ µ ι µ ά ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 50

51 µά PV. ϊ ά ά ζ µί ι ό µ ά µζ ζ µ ά. ϊ ι ί ί µί ι µ ά ι φµ µ ί ζ ι µό ό ά. Σχιμα 3.4: Κιβϊτια ςφνδεςθσ ακροδεκτϊν φ ϊ ϊ µά ά ό ζ ι. ζ ι ί µ ί µ ά ζ µ ί 25 µϊ ί µζ ό ι ί ό ζ. ι ζ ι φ φ ά ί µ ά ζ, µ ι ό ί ι % µ ι. µ ά ϊ ά ί ά ι ό προϊόντα, µ φ µ ά ά ϊ µζ ό ι 20 µ 30 ό. ό µ ά ζ ζ φ 20 ι ό ό, ί ζ ι ζ ό ό µ ι φ ί ζ ϊ ό φ µ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 51

52 ά ό, ϊ ά ιµ ί όµ µ ι ά ιµ ι ζ, ά µό ζ. ό, ζ ί φ µ ά ά ιµ µζ ί. ό µ µ ά PV ά φµ ό ί ό, µ ά ό ά ί ί ί ϊ ί ά ζ, µ ι, µι ι ζ ά ό µ ά. ό µ ζ ι ιµ, ί ά µ ί ζ µ ί DC-AC ( φ / όµ ), ί µ ϊ, µ ζ ιµ µ ί, ζ ζ ζ... ζ µ ί ί ί µ ά ά ιµ ό ι ί, ί ό ι ά ά µό ί φµ. ιµ 3 ί ζ ό ά µµ ό ϊ φ ιµ ζ ϊ µ ά. Σχιμα 3.5: Τα κυριότερα μζρθ ενόσ Φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ ί µζ ϊ ά ήµ µ φ µ ί ; µ ί µ φ ά ϊ ά ιµ µ ό ι ζ ά µζ, ϊ ζ ζ ά ί ά ά φ ό ά. Ά ό ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 52

53 µ ά ί ϊ ι ί µζ ι φ, ι ϊ ά ά ί ι ϊ µά µ ί. ό ϊ µ ί ζ µ ι ό ζ ιµ ϊ φ µ ί ό ό ι ό ( ιµ 3.6) φ ϊ ϊ µά ϊ φ ϊ ά ιµ ; ϊ ά ιµ ά φ ά µ ζ ι, µό ϊ µ ά ό µ ί ζ ά ζ ζ ά ί. φ ζ ί ί όµ ί φµ ά ιµ. ιµ PV µ φ ζ ζ ι όµ φµ, φ µζ ι ά ό ί ι φµ ζ µ ά ζ ζ ιµ ι ζ. όµ ί ιµ ί µζ φ ά µζ µ ί µι ι ζ. ό ό ό ζ ιµ ί µ ζ. µ ά ι µ ζ ζ φµ (DC) ά ό φ µ όµ φµ (AC) µ ζ ί µ ζ φ ι ζ. ϊ ό φ µ ζ µ ί µ ζ ό ό, ζ ζ ό ϊ ί, µ ϊ ι µ ί ζ ζ ά φµ ό ί. φ ό ά ί ί µ φ ό φ ά φ µ, ί φ ό ί. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 53

54 Σχιμα 3.6:. ά µµ ϊ φ ιµ µζ µ ί ά ϊ ά ήµ ά ϊ ά ιµ ί µζ φ ά ό ί ι φµ ί ά µζ ϊ φ ί φ ι όµ φµ. ί φ µά µ ί φ µό ό µ ί ϊ ϊ ι µ ί µ φ ά µ ι ι ι ι ζ, ό µά ά ϊ ά ιµ. ό φ ά ιµ ί ιµ άµ φ, ό ζ φµ ό ϊ φ ί ί ζ ί φ φµ (Σχιμα 3.7). ι ά ι ι ζ ιµ ά, ί ί µό ά ά ά, ά φ µ ό ό µ ζ ό µ ι µ φ, ί φ, µ φ ζ φ µ ί. ζ ί µ µ ι ί φ ί µ µζ φ ό ϊ ι ί ί ζ ί µ ιµ µό µά άµ φ µ ι ό. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 54

55 Σχιμα 3.7:. ά µµ φ φ. ά ά ϊ ά ιµ, µ φ µ ί ι ζ. ςχιμα 3.8 ί ζ ά µµ ό φ ά ιµ µ µ ί, ί ί ί φ όµ φµ. ςχιμα 3.9 ί µ ί ί ζ ό ό φ µ. Σχιμα 3.8:. ά ϊ ό φ µ µ ι µ ί ί ί ζ φ µζ φµ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 55

56 Σχιμα 3.9:. ά µµ ϊ φ ιµ µζ µ ί µ τότι ί ί µ µ ά. (ςχιμα 3.9) ί ϊ ζ ϊ ό φ µ µ ί ί ϊ ί µζ ί ί ί ί µ ί / ζ ό ί ί. ι ι ζ ό ι ί ά ζ µ. ό ζ, ί ό ϊ µ ϊ φ µά µ ι ά. ζ µµζ, ζ ϊ ό φ µ ά ά ά µζ ό ί ί ϊ ά µζ ά (KWh/ζ /KW). ϊ ό ό ζ ϊ ζ ϊ ό ά ό ό µό ' ό ό. ά ζ µ ζ ϊ ό φ µ ι ί KWh/ζ /KW, ί KWh/ζ /KW ι ι ό KWh/ζ /KW. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 56

57 Σχιμα 3.10: Χαμθλότερθ παραγωγι θλεκτριςμοφ, υψθλότερθ θλιακοφ θλεκτριςμοφ ϊ ά ά µ ά ζ ά ί. ζ ι, ζ ζ ϊ µ ά. ϊ ά ϊ : µ ι φ ό ί ί µ ά ά ι ( ά 30 ό ) ά ό ί ίµ µ µζ ζ ό ζ ά µ ά ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 57

58 ά ι ι ζ ί ι, ά, ι ϊ µ. ι ί ζ ό ζ ί ζ ά ϊ ό ό, ζ ί, µό ά ι ί. ϊ ά ζ ό ζ ι άµ ό ί φ όµ όµ ζ. φ ζ ό ό ϊ ζ µ ά µ' ό ό ι ι όµ ζ. µζ ό ι ά φ µ φ ί ά, φ µ ζ ϊ µ ά µι µ φ ' ό ό ά όµ ζ ά 10% ζ µ µ ι ι ι ζ µζ φ. ά ϊ ά ιµ ζ ό ί, ί µ ά ά ι, ό ζ ά µ ά, ό ι όµ ζ ( ί ι ζ ) φ ά ι. ά ιµ ϊ ϊ ί µ ι. ά ϊ ά ό ϊ ά, ά ό ό µ ά φ µ, ά ι ζ 1,1 ϊ ί ά µό (µ ά µ ό ό µ ί µ ά µζ ϊ φ ). Ζ ό ϊ ό φ µ ό ά, ζ ά ό ζ 1,4 ό ί ά, ό ι φ φ ζµµ ά. ζ, ά ό µ ζ ά ί φ (ό φµ µ µ ί, ί ϊ, ϊ ί,. ). µ ζ ί ά φ όµ µ ί ά ίµ, ϊ µ ι φ ζ ζ ϊ ί ά. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 58

59 µ ί φ µ ϊ ϊ µ ί φ µ ά ι φ ι ι ζ, ί ι ί ζ ί µ µ ά φ µ φ ι. ι µ φ ό µ φ φ µ ί ί ί ά φ ζ µµζ µ ά ι ζ. ό µ ζ µµι µ ά ί φ ό, ά µ ό µ ζ ό ό µό ζµ ί µ ά ϊ ό ζ ι. ά µ ί ί " ά " ι ζ φ ι φ µ ι ι ι ζ ϊ ό µ ί ά ι. ι ι ι ζ µά ό ζ ζ ϊ µ ί ό ί ( ϊ, ί ά ζ 10,6% ά µζ ό ). ό ά, µζ ι φ µ φ µ ί ά µ µ ι µζ ι ( ί φ µι ), ϊ ζ µά µϊ ί, ι black-out µ ί φ ό ι, µζ ό ά ϊ µϊ ί ί ι. µ ζ ό, ά ϊ black-out ί ι µί ϊ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 59

60 Σχιμα 3.11: Θμεριςια κατανάλωςθ φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων Σχιμα 3.12: Ραραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ όλο τον χρόνο ά / µά ά ά / µά, φ ό ά µ ζ ί : ί ι ι ζ, όµ φ µ ι ίµ,.. ί µ ϊ ά W ι mw. ί φ. µ ά ιµ µ φ φ ό ί ι. φ φ µζ ό, µ µζ ί ά ά ά. φ φ µ ά ζ ζ ( ά ιµ ). ί µ ά ιµ,. µ φ φ µ ζ ά µ ί µζ ά ϊ, ί µ ι φ ιµ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 60

61 φ ό, ζµ µ φ φ, ί ϊ ά. ι ι ί ό µ ζ. Ζ µ ά ά ι ί ά ί. ι ί ό ζ / ι ί ό ό 25 ό ι ί. ι ί ι ί µ φ ζ µ / µά. ό όµ ι ζ ό / ιµ ί ιµ ί µ µ ό µι φ, ϊ ί µ φ ά. / ιµ µ φ µ ά µ ά όµ «ά ι ζ» (Distributed Power Generation), ί ί ζ µ ζ ά φ ϊ µά ι, µ ά µι ι ζ. ί ι ζ, ζ ό / ιµ, µό µ ά µ ά ό ά ό ζ ι ζ φ ά, µ φ µ ι ι µ ι ά ζ ζ ό ί ι µι µ ϊ µζ ϊ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 61

62 3.2 µ ζ / µά ςτην Ελλάδα Σχιμα 3.13: Εφαρμογζσ φ/β ςε κτιρια φ µ ζ / µά ό ϊ ί ά ά ( φ, ί, φ, φ, ί.), ό ό φ φ ό ί ί µ φ φ, µ ό ι ι ί, ϊ ά ά ί ϊ µ ϊ µζ φµ ζ, ά N. µζ φ ά µά 2,2MWp ζ ζ 2003, 50% ί ί / ά µζ ί. ι ι ζ ό / ά , ι 2,3GWh 2,7 G Wh ί. µ φµ µ ό µ ί / ά ί ά µ ι φ ϊ ί ά 3 µµ ί. ί, ι ό χ µό & / ί µά 2,2 µµφ. ι ά / µά ά ά ι ό ί ί ά ϊ ϊ φ φ. ά ά ά µ ά µό ό ϊ ζ µζ ι µζ ί. όµ µ φ : ό ϊ ϊ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 62

63 ά / ά / µό φ. ιµ φ µ φ όµ, ά, µί. ιµ ϊ, µ ι µ φ. ιµ µ ό ι ί, ί, ί. ζ µ ζ ό ά φ, ζ, φ ϊ προϊόντα, µά ή δ ζ κ ϊ / ς ά ά ζ ό ϊ ό φ (BAPV/BIPV - Building Applied/Integrated Photovoltaics) ί ί φ ζ ζ ά : ϊ ά ί, ί ζ ι ζ ι ό ζ, ά ι ό ι ζ ζ φ ι ά. ό φ / ί ί ζ ό φ, ϊ ά ά φ ϊ ί ά ά ( ζ ά φ ) ζ φ. ό, ό ί ό ά ί ι ζ ϊ ά (Balance of System, B.O.S.), ί ϊ ό ι φ ζ / ι ό ί ό ό ό ά ζ ι. ι ζ ά ό ϊ ά ί ζ ό ι φ ά φ. ί ό ι ό φ φ.. ζ ά ό ϊ ά, ί ά ά ϊ ά, ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 63

64 ζ. 'E ι ζ ζ ά ά φ ό ί ί ϊ ι ά φ ό ί ζ ι ά ό ά ζ. Π ό ζ ά ι ι ά ι ζ ζ ί., ζ ί ί ζ ό ί / ά, ί ό ζ ί ό φ ό ζ ί ι ί ό ζ ά ι ζ φ. ζ, φ ϊ ζ ά ι ι ζ ί ι ά (..), ί ι ό ζ ζ ό ί ζ ϊ ζ ά ά ό φ ζ ά ό ι ( ζ ι φ ), ά ι ί ζ φ ί φ ζ ί ό ά. ζ ά φ ζ ό ά, ί ί ό ί ί ί ό ί ι ζ ό φ ό ϊ ά ζ φ ί ζ ά ό ά ί ό ί. Ζ ό ό φ ϊ ζ ζ / ά ί ί ά ζ ι ( / ) ά ό ί. ί ί /, ό ί ί ί ( / ί ) ι ό ( / ι ). φ / ζ ζ ι ό / φ ό ί.. 'ό ό / ζ φ ό ά ι ι, ί ά ι ζ φ φ ό ί. ί ό ί, ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 64

65 ό ί ϊ φ ι ϊ ζ φ ζ ά ι ϊ φ φ ζ ζ ί ζ ϊ / ά ά ό ά ά ζ ά, ζ ά / ι ι φ (ζ 10kW) φ ί φ ζ ά. ί ά (String technology) ί ϊ ϊ (Multi-string technology). ί ζ ϊ ά ζ ' ό ό / ί ζ ά ό ζ ( ί φ ζ ), ' ζ ό ί ζ φ / ί ( ά φ, ά φ ι ό ϊ ) ζ ά / ή ό ϊ α ά π φ ζ ά / ι ί ί ι ( ' 1079, 4/6/2009) ά ϊ ά φ (Feed in tariff). ι, φ ζ ά ό ι ά ί ί ι ι ι ό ί ι ά ( ϊ ί ). ί ι ά ( ι 3.11) ί ά φ ϊ ϊ ά ( ό ϊ ί ό φ φ ι ά ), ί ί, ζ ζ ό ό ζ ί. ό ζ ί ό ό ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 65

66 ί ό ι ά ό ό ϊ ί, ζ ά ζ ί ι ι. ι 3.14: ι ό ζ φ / ι ί ά φ ό φ ά ζ φ / ά ά / ι φ ζ 5 kwp, ζ ί.. ζ ι ι, ι ά ί ζ φ ά 5 kwp ( ά ί ί 10 kwp) ό ά ζ ί ζ ι ι. ί ι φ ζ ϊ ι ό ϊ ά. ϊ ό, φ ζ ί, ό ί φ ϊ ϊ ά ί ί 20%. 3.4 Επιλογή τησ τοποθεςίασ εγκατάςταςησ του / ςυςτήματοσ ί ϊ / ά, / ί ί ϊ ι ζ ί, φ, ' ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 66

67 1079, 4/6/2009. ί, ζ ά ά ί ζ ϊ. 3.5 φ ϊ ϊ ϊ ϊ ά ί ί (Si) o ό µ ί ό ϊ ι µ ί ί ί. ί ί µ ό ά µ µ ό ό. µ ό ιµ ί : ί ί ά φ φ φ. ί φ ί ό ά ι µ ά ό. ί ί (ι ϊ άµµ ) ί φ 28% φ. ί ί ό ά. ί φ ϊ µ ί. ί ί ά φ µ ί µ ι ι. ζ ό µ φ φ µζ 125C ά ζ ι ί ί φ ζ ι. ί ϊ ϊ ί µ φ ί µ ά ά φ µ ί. Σαφποι ςτοιχείων πυριτίου «μεγάλου πάχουσ» 1. Φ/Β ςτοιχεία μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου (Monocristalline Silicon, sc-si) ά ί φ 0,3 ά. ό µ ί µ ί ό 15-18% ί. µ ά ί ί ό φ ζ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 67

68 ό / ά. Ζ ά ό ί ό ό ι. ζ ί ι ί µζ CZ (Czochralski) ϊ µζ FZ (float zone) φ ά ί ά ά ί. 2. / ί φ ί (Polycrystalline Silicon, mc- Si) ά ί ί ί 0,3 ά. ά µ ί ί ι µζ µ ζ ζ. Π µ φ ί ζ µ ζ ζ ό µ φ ί ό ϊ ί. ζ µ ζ ζ ί ό ζ 20% ϊ µ ό ά ί µ ό ό 13 ζ 15% ί. ό ί ι ί ά φ φ φ µζ ό. 3. / ί ί ί (Ribbon Silicon) ό ά µ ί φ φ. ά ό µ ι µ ά ό ά φ ό ι. ό ί φ 12-13% ϊ ά ί ί 0,3 ά. ϊ ά ά ϊ ϊ 1. ϊ φ ό (CuInSe2 ή CIS µ ή ά CIGS) ϊ φ ό ζ ι ό ί ά ό ά ό µ φ ζ µ ί 11% ( ί ). ά ζ ι ό ί 18,8% ί ί µ φ ζ ί µ φ ϊ ι ϊ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 68

69 ό µ ά ό µ ί ί όµ ό CIGS. ό µ ά ί ό ί ά µζ ό φ. όµ ό ά µζ ό ί ά µ ό. 2. / ί άµ ί (Amorphous ή Thin film Silicon, a-si) ί ά ζ ά µ ό ό ζ µ φ φµ ί. ό ί ϊ ϊ ί ά µ ό µ φ φ ( ί ί µ ) ά ό µ ι, µ φ ό ό ί ι µί. Ζ ό µ ό ό ί µ ί µι ί ό ά µ ό. ζ άµ ζ ό ί ό µ ί ί µζ ά µ ί. ό ά µ ι thin films ί µ ί ί ό 6 ζ 8% ϊ ι ζ ί ό όµ 14%. Ζ όµ ό ί ι ί ά µ ό ά ι. ά ί ί ί 0,0001 ά ϊ ό µ µ ί ί ό 1 ζ 3 ά. 3. φ Κάδμιο (CdTe) φ ά µ ζ ό ά φ 1eV ί ί φ ά ό ά µ ά ί ά ιµ ό ό ά 99% ί ί. φ ζ όµ µ ζ ό ί φ 6-8%. ι ό ϊ ί ζ ά 16%. ά µζ ό ζ ά. ζ ι ί ό ό ά µ φµ µ ά ζ ί ό µ ζ µ µ ί όµ µζ ι. Ι Greenpeace ζ ί ι. ί µ ί ι ζ ί. Σθμαντικότερθ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 69

70 ι ί ι ά ί µ ό ό (BIPV Building Integrated Photovoltaic). 4. φ ά (GaAs) ά ί ζ παραπροϊόντων ί ά µ ά ό µί ά. ί ά όµ ό ό. ζ ί ά ά ζ µ ζ µ ό ί ϊ. φ ά ζ ό ά 1,43eV ί ό ό ι ί. ό µ ι ϊ ϊ (multijunction) ί ό ζ ί ί 29%. ί ί ά ό ζ µ ί ό ά ό ι µ ζ ϊ concentrators. Ζ όµ ζ µ ί ό ό ζ φ ζ ό ι ί, ό ά ό φ ι ό ί µ ζ µ ζ. µ φ µ ζ µ ι ί ί ό ό µ φ GaAs ϊµ ϊ ά ί Μονοκρυςταλλικά Ρολυκρυςταλλικά Λεπτοφ υμενίου (Thin film) ά ί µ ά ί ό ί ί ι ό, µζ 20%. ι όµ φ µ ά ό ζ µ ζ µ ι µι ά ά ι ϊ ά ά. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 70

71 ά ί ά ί ί ό ί 16%, µι ά ι ό ι φ µ ό ό ί µ ϊ ί ό µ φ ά φ ό ζ ά. φ µ ί (Thin film) ί ί φ µ ί φ µ ι φ ά ιµ ό µ φ φ ό ό ι. Ζ ά µ ι ό (6 ζ 8 %) ά ό ά ι µ ά ζ µ ί ( µά ίµ ) ά µ φ ά ά ϊ ϊ. 3.6 ϊ ά ήµ K ή ά Σχιμα 3.15: Μετακινοφμενθ Βάςθ ςτιριξθσ Φ/Β πλαιςίου ϊ ί ζ φ ά φµ ά ζ ϊ ζ φ ά ι, ζ ά ό ι ά 25% ζ 50% ό ό ό µά ά. ί ι ί ζ µ ζ ό ϊ ζ ό µ ζ ι, ι ι ί ά µί ά ό ζ ϊ ι ί µ µζ ί ά. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 71

72 ί φµ ά (Σχιμα 3.12, 3.13) ί ό ά ( ) ά (W) ά ά µζ µό ά ί ό (S). ί ί e / ϊ ό ά µ ά ί ό 20 ο ζ 65 ο ζ ϊ µό φµ µ µ ό ι ζ ζ ό. ά ί φ µ ί ά (E) ί ί ι ϊ ϊ ι ι. ϊ ί ί µ ά ϊ ι ι ά ι µ ί ό ά ιµ. φ ί ό φ µ ί ά ά ά ά ι ά, ζ ϊ ί µ ά µ ι ί ι ι ζ. ί ι ί ί ό ι µζ Δφςθ, µ ί ά ιµ ά 9 ο ί ι ( ιµ ). ιµ µ ό ά µ φ µ φ ζ ϊ ί φ ι ί ά φµ µ ό ά ιµ. ά ά φ φ µ ζ ζ ζ ι ί ζ µ ί ι ϊ ι ι. ά µζ ί ά ζ ι µ ί ό -30º ζ 50º C. ά ί ι ζ ά ί ί ά (20min) ζ ζ ί ά. ι ά µό ί 5kwh. ι ί ά ί ό φµ µζ ί ά ά ι µ φ µζ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 72

73 ί ί. ί ί ί µί ά ζ ά ό ί ί ί ά. H ό ι ί µζ ϊ ζ ζµ µ φ ά 150 Km/h. Σχιμα 3.16: Μετακινοφμενθ Βάςθ ςτιριξθσ Φ/Β 3.7 Πλεονζκτημα και μειονεκτήματα Φ/Β ςυςτημάτων Σ ήµ ϊ ϊ Π ϊ ά φ ι ί, µ ζ ζ 5-17% ι ζ ι. ό ϊ ί ό ό ά ό ί µ φµ. ι ί ϊ ϊ ί ά ϊ, ζ µ ϊ ι όµ µ ι ζ. Π ϊ ά ά µ ά ά ιµ : µ ι φ ό ί ί µ ά ά ι ( ά 30 ό ) ά ό ί ίµ µ µζ ζ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 73

74 ό ζ ά µ ά ά ι ϊ ά ά µ ά ζ ά ί. ζ ι, ζ ζ ϊ µ ά. ϊ ά ί µί ό ά όµ ί ζ ι ζ ϊ ζ. ζ ι ί ζ ό ό µ ζ µζ µ ζ ζ ά µζ ά. µ ά, ζ ιµ µ φ µ φ ί ί, µ φ ί ι µ φ µ φ ι (ό.. ϊ ά, µ ά ιµ µ ι, µ µ ί ζ ίµ ) µζ ι ζ µ ό µ ί ι ά ό ζ. Ζ ζ ό ϊ ζ ϊ ί ό ά ά. ι ζ ί µ ι, ά, ι ϊ µ ι ι. ι ί ζ ό ζ ί ζ ά ϊ ό ό, ζ ί, µό ά ι ί. ϊ ά ί ά ϊ ζ µό φ ό ι όµ ζ ( ί ι ζ ) ϊ ζ µ ζ µ φ ι ζ. Δίνοντασ ό ζ ι, άµ ό ί φ όµ όµ ζ, φ ό ό ϊ ζ µ ά ζ ι ι όµ ζ. µ ί ί.. ζ µ ί ι ά µ φ ό ι ϊ ϊ, ά 5-10%. ι ι µ φ, ά ά ά µ ά ιµ ό ά ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 74

75 µ ϊ µά ι ι ζ. Π ό ιµ ι ζ φ φ µ ί ό, ό ό ί ζ ι, ό.. ί ό ι φ, ό ι ά µ ί φ ζ µµζ µ ά. µ ί φ µ ϊ ϊ µ ί φ µ ά ι φ ι ι ζ, ί ι ί ζ ί µ µ ά φ µ φ ι. ι µ φ ό µ φ φ µ ί ί ί ά φ ζ µµζ µ ά ι ζ. ό µ ζ µµι µ ά ί φ ό, ά µ ό µ ζ ό ό µό ζµ ί µ ά ϊ ό ζ ι. ά µ ί ί " ά " ι ζ φ ι φ µ ι ι ι ζ ϊ ό µ ί ά ι. ι ι ι ζ µά ό ζ ζ ϊ µ ί ό ί ( ϊ, ί ά ζ 12% ά µζ ό ). ό ά, µζ ι φ µ φ µ ί ά µ µ ι µζ ι ( ί φ µι ), ϊ ζ µά µϊ ί µ ί φ ό ι, µζ ό ά ϊ µϊ ί ί ι. ϊ ά, ό ό ι ζ, ζ όµ ζ ϊ ί ζ µζ ά. ζ ά ό ά, ι ι µ φ ά ί φ ι ά. άµµ ι ζ µ φ ί ά ά µ ά µό ϊ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 75

76 ζ ά ά ό µ ζ ζ. ιµ ζ µζ ζ ζ ά ά ό ι ζ, ϊ ά ζ ζµ ό ό ό ϊ. Π ά ό µ φ, ζµ ί ά : ζ µ ϊ ζ ό µ ό µό µ ί ά φ µ ζ ά, ϊ µ ί ζ ό µ µ ά ί ά ; ά ι ζ ζ ά ; ϊ, ά, ά µ ζ ό ι ζ φ ϊ µ ζ ζ ; ά φ ζµ φ ι "ζ " ι ι ζ. ί ζ ϊ ά ιµ φ ά - φ µ φ ϊ ά φ ζ ι ι ζ. ζ ά µζ ά, ζ ά - ί µ ί ί ι. ϊ ά µ φ µ φ µ ά ά ζ ό όµ φ µ φ, ϊ ί ί µά, µ ϊ, µά µ φ ζ ί ό ό µ, ϊ ί ό ι ό ό ά µ ά µ φ. ϊ ά µ ά ά µ ά µ ί φ ό µ ι ( ί µ ό ί ϊ ό µ ά ί ). ζ, ϊ ά ζ φ ι ϊ image ι ζ. µζ ζ (ό ι µ ι) ϊ ά ί ζ "trendy" "must" ά ζ ι µ ι. Σ µ ήµ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 76

77 ό ό ά ζ ι ι ί ί ό ό µό ι ά /. (.. ζ ι ό ι, ζ ι όµ / kwh) ϊ ά, ό ά ό ϊ µ ζ ζ ( ), ζ ό ό ό ζ ιµ ό ό, ί µ µ ζ ζ ί ι ζ ά µ ό ό ό ό ά ά ό. ίµ ό όµ ϊ ά µ ά. ζ ϊ ζ ι ί ό µ ά άµµ ί ϊ ϊ, µ ί ι ό ά ά ϊ ϊ, ό όµ ι ϊ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 77

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΕΛΣΑΓΩΓΘ Υπάρχουν αρκετζσ εναλλακτικζσ μορφζσ ενεργείασ όπωσ θ θλιακι, αιολικι, βιομάηα, γεωκερμία κτλ. Θ χριςθ των ανανεϊςιμων πθγϊν ενεργείασ ζχει ωσ ςτόχο τθν παράγωγθ θλεκτρικισ ενεργείασ χωρίσ δυςμενείσ για το περιβάλλον ςυνζπειεσ. Πμωσ, πρζπει να διαςφαλίηεται εξίςου θ αξιοπιςτία και θ ποιότθτα. Για αυτό οι ανανεϊςιμεσ πιγεσ ενεργείασ μποροφν να ςυνδυάηονται με τισ ιδθ υπάρχουςεσ μονάδεσ παράγωγθσ θ και μεταξφ του. Τα ςυςτιματα που αποτελοφνται από τουλάχιςτον δυο διαφορετικά ςυςτιματα παράγωγθσ θλεκτρικισ ενεργείασ ονομάηονται υβριδικά ςυςτιματα. Τα αυτόνομα υβριδικά ςυςτιματα εμπερικλείουν τουλάχιςτον μια ςυμβατικι γεννιτρια ντίηελ AC, ζνα ςφςτθμα διανομισ, ζνα ςυνδεόμενο φορτίο AC, ςυςκευζσ αποκικευςθσ θλεκτρικισ ενεργείασ και κάποιεσ ανανεϊςιμεσ πιγεσ ιςχφοσ όπωσ ανεμογεννιτριεσ, Φωτοβολταϊκά κ.α. Ασ ςθμειωκεί ότι οι ςυςκευζσ αποκικευςθσ λειτουργοφν ςε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ και ςαν φόρτια. Γενικά ζνα υβριδικό ςφςτθμα μπορεί να περιλαμβάνει γεννιτριεσ ντίηελ AC, γεννιτριεσ ντίηελ DC ζνα ςφςτθμα διανομισ θλεκτρικισ ενεργείασ AC θ DC, φόρτια, ανανεϊςιμεσ πιγεσ ενεργείασ, ςυςτιματα αποκικευςθσ ενεργείασ, μετατροπείσ ιςχφοσ, ςυγχρόνουσ πυκνωτζσ, διατάξεισ αυτόματθσ απόρριψθσ φορτίου και ζνα ςφςτθμα διαχειρίςεισ και εποπτικοφ ελζγχου του αυτονόμου δικτφου. Οι ςτακμοί που παράγουν θλεκτρικι ιςχφ από ανανεϊςιμεσ πιγεσ ενεργείασ λειτουργοφν όχι μόνο όταν θ ενεργεία τουσ μπορεί άμεςα να απορροφθκεί από το δίκτυο αλλά και εκτόσ από αυτιν τθ χρονικι περίοδο, προκειμζνου π.χ. να ανυψϊςουν τθν ςτάκμθ του νεροφ ςε ζνα ταμιευτιρα από τον όποιο μπορεί να παραχκεί θλεκτρικι ενεργεία ςε ϊρεσ αιχμισ φορτίου, ϊςτε να απορροφθκεί από το δίκτυο. Ρροκειμζνου τα ζργα αυτά να είναι οικονομικά πιο αποδοτικά, μπορεί επίςθσ να χρθςιμοποιοφν κατά τισ ϊρεσ βαςικοφ φορτίου επιπλζων θλεκτρικι ενεργεία είτε από το δίκτυο είτε από ςυμβατικζσ πιγεσ ενεργείασ ζτςι ϊςτε να αποκθκεφεται ακόμθ μεγαλφτερθ ποςότθτα ενεργείασ, με αποτζλεςμα να ςυνειςφζρουν περιςςότερο ςε ϊρεσ αιχμισ κατά τισ οποίεσ θ ενεργεία είναι ακριβότερθ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 78

79 4.1 Είδη υβριδικϊν ςυςτημάτων και χαρακτηριςτικά τουσ. Ζνα κοινό υβριδικό ςφςτθμα αποτελείται ςυνικωσ από τα ακόλουκα επιμζρουσ ςυςτιματα: Μία πρωτογενισ πθγι ενζργειασ (π.χ. ανανεϊςιμθ πθγι ενζργειασ) Μία δευτερογενισ πθγι, θ οποία προςφζρει πρόςκετθ ενζργεια ςτο ςφςτθμα υπό κανονικζσ ςυνκικεσ και κάλυψθ τθσ απαιτοφμενθσ ενζργειασ ςε περιπτϊςεισ όπου θ πρωτογενισ πθγι είναι εκτόσ λειτουργίασ. Ζνα ςφςτθμα αποκικευςθσ ενζργειασ (για μθ διαςυνδεόμενα με το δίκτυο ςυςτιματα) για τθ διαςφάλιςθ τθσ ςτακερότθτασ τθσ παροχισ ενζργειασ. Ζνασ ελεγκτισ φόρτιςθσ. Το υλικό εγκατάςταςθσ (καλϊδια, κουτιά αςφαλείασ κτλ) Οι ςυςκευζσ κατανάλωςθσ ενζργειασ Σχιμα 4.1: Σφςτθμα θλεκτρικισ ενζργειασ, ςτο οποίο είναι εγκατεςτθμζνοσ υβριδικόσ ςτακμόσ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 79

80 Σιμερα ζχουν αναπτυχκεί και καταςκευαςτεί μια πλθκϊρα υβριδικϊν ςυςτθμάτων αποτελοφμενα από διαφορετικά ενεργειακά ςυςτιματα. Οι ςημαντικότεροι ςυνδυαςμοί υβριδικϊν ςυςτημάτων είναι: Φωτοβολταϊκϊν/Γεννιτρια πετρελαίου (PV/Diesel) Ο ςυνδυαςμόσ φωτοβολταϊκϊν και μιασ γεννιτριασ πετρελαίου προςφζρει μια απλι λφςθ και είναι κατάλλθλθ για περιοχζσ με υψθλό θλιακό δυναμικό. Σε ςφγκριςθ με τισ παραγωγισ ενζργειασ εκτόσ δικτφου, θ χριςθ αυτοφ μπορεί να προςφζρει ςθμαντικι εξοικονόμθςθ ενζργειασ. Ζρευνεσ που ζχουν πραγματοποιθκεί με αυτά τα ςυςτιματα ζχουν δείξει ότι θ εξοικονόμθςθ ενζργειασ μπορεί να αγγίξει το 80% ςε ςχζςθ με τα μικρά αυτόνομα ςυςτιματα με γεννιτριεσ πετρελαίου λαμβάνοντασ υπόψθ και τισ τοπικζσ κλιματολογικζσ ςυνκικεσ αλλά και το ςχεδιαςμό του ςυςτιματοσ. Ανεμογεννιτρια/Γεννιτρια πετρελαίου (WT/Diesel) Το υβριδικό ςφςτθμα που περιλαμβάνει ανεμογεννιτρια (Α/Γ) και γεννιτρια πετρελαίου μπορεί να εφαρμοςτεί κυρίωσ ςε περιοχζσ όπου θ μζςθ ταχφτθτα ανζμου είναι μεγαλφτερθ από 3.5 m/s. Στθν περίπτωςθ που θ ταχφτθτα του ανζμου είναι ικανοποιθτικι. Θ ανεμογεννιτρια παρζχει τθν απαραίτθτθ ενζργεια ενϊ ταυτόχρονα πραγματοποιείται αποκικευςθ αυτισ ςε μπαταρίεσ. Σε χρονικζσ περιόδουσ με χαμθλζσ ταχφτθτεσ ανζμου, θ γεννιτρια πετρελαίου αντικακιςτά τθν Α/Γ προςφζροντασ με αυτόν τον τρόπο ςυνεχι παροχι ενζργειασ προσ κατανάλωςθ. Φωτοβολταϊκά/Ανεμογεννιτρια (PV/WT) και Φωτοβολταϊκά/Ανεμογεννιτρια /Γεννιτρια πετρελαίου (PV/WT/Diesel) Σε κάποιεσ περιοχζσ θ αξιοποίθςθ του αιολικοφ και θλιακοφ δυναμικοφ μπορεί να προςφζρει μία ικανοποιθτικι λφςθ ςτον τομζα τθσ παραγωγισ ενζργειασ. Στθν περίπτωςθ αυτι θ μια πθγι ενζργειασ ςυμπλθρϊνει τθν άλλθ, γεγονόσ που οδθγεί ςτθν παραγωγι ενζργειασ κακ όλθ τθ διάρκεια τθσ θμζρασ. Ενϊ ςτα άλλα υβριδικά ςυςτιματα τα οποία περιζχουν γεννιτρια πετρελαίου το αντικείμενο ςχεδιαςμοφ είναι θ μζγιςτθ εκμετάλλευςθ τθσ ανανεϊςιμθσ πθγισ ενζργειασ, ςτθν περίπτωςθ αυτοφ του είδουσ υβριδικοφ θ κατάςταςθ είναι διαφορετικι. Ρροτεραιότθτα ςτα ςυςτιματα αυτά είναι θ διαςφάλιςθ τθσ ποιότθτασ και αξιοπιςτίασ αφοφ μπορεί να υπάρξουν χρονικζσ περιόδουσ (χαμθλζσ ταχφτθτεσ και ανζμου και ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 80

81 νεφϊςεισ) ςτισ οποίεσ δεν είναι δυνατι θ παραγωγι ενζργειασ. Για αυτό το λόγο ο ςχεδιαςμόσ και θ επιλογι τζτοιων ςυςτθμάτων απαιτεί προςεκτικι μελζτθ. Ζρευνεσ ζχουν πραγματοποιθκεί ςε υβριδικά ςυςτιματα τα οποία περιλαμβάνουν και γεννιτρια πετρελαίου τα οποία λειτουργοφν πιο αποδοτικά με υψθλότερο ποςοςτό κόςτοσ καταςκευισ. Άλλα είδη υβριδικϊν ςυςτημάτων Εκτόσ από τα παραπάνω ςυςτιματα, υπάρχει μια ποικιλία άλλων υβριδικϊν ςυςτθμάτων τα οποία προφζρουν ενεργειακζσ λφςεισ. Ππωσ προαναφζρκθκε, τα υβριδικά ςυςτιματα αποτελοφνται από δφο ι περιςςότερα ενεργειακά ςυςτιματα. Σιμερα ζχουν καταςκευαςτεί υβριδικά ςυςτιματα τα οποία είναι ζνασ ςυνδυαςμόσ φωτοβολταϊκϊν γεννθτριϊν, αιολικϊν μθχανϊν και βιοαερίου (PV/Biogas ι WT/Biogas). Τα υβριδικά ςυςτιματα αυτά είναι παρόμοια ςε κάποιο βακμό με εκείνα που χρθςιμοποιοφν γεννιτριεσ πετρελαίου. Σθμαντικό ρόλο ςτθν απόδοςθ των ςυςτθμάτων αυτϊν ζχει θ χωρθτικότθτα τθσ δεξαμενισ αποκικευςθσ του βιοαερίου κακϊσ και θ ενεργειακι διαχείριςθ του ςυςτιματοσ. Ζνα άλλο είδοσ υβριδικϊν ςυςτθμάτων είναι εκείνο το οποίο περιλαμβάνει ανεμογεννιτρια και θλιακό κερμικό ςφςτθμα. Το κερμικό ςφςτθμα φροντίηει για τθ κζρμανςθ του νεροφ χριςθσ που απαιτείται ενϊ θ ανεμογεννιτρια παρζχει θλεκτρικι ενζργεια. Στθν ίδια κατθγορία ανικουν και τα ςυςτιματα που περιλαμβάνουν γεωκερμικά ςυςτιματα με ταυτόχρονθ φπαρξθ φωτοβολταϊκϊν γεννθτριϊν ι ανεμογεννιτριασ. Τζλοσ υπάρχει θ δυνατότθτα ςυνδυαςμοφ φωτοβολταϊκϊν γεννθτριϊν ι αιολικϊν μθχανϊν με μικρά υδροθλεκτρικά ςυςτιματα για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Οι μικρζσ υδροθλεκτρικζσ γεννιτριεσ είναι κινθτιρεσ που ζχουν τθ δυνατότθτα να λειτουργοφν ςε ςυνκικεσ χαμθλισ ροισ του νεροφ, γεγονόσ που τα κακιςτά ιδανικι επιλογι για εφαρμογζσ ςε οικίεσ κοντά ςε ποτάμια ενϊ με το ςυνδυαςμό τουσ με άλλεσ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ μπορεί να προςφζρει μια ολοκλθρωμζνθ ενεργειακι πρόταςθ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 81

82 4.2 Αποθήκευςη Ενζργειασ Μπαταρίεσ μολφβδου οξζοσ Οι μπαταρίεσ αυτζσ είναι οι πιο διαδεδομζνεσ παγκοςμίωσ. Για το ζνα τρίτο του πλθκυςμοφ τθσ γθσ που ακόμθ δεν είναι ςυνδεδεμζνο με ζνα δίκτυο παροχισ θλεκτρικισ ενζργειασ, θ μπαταρία παραμζνει ο βαςικόσ φορζασ ενεργειακισ αποκικευςθσ. Ο περιοριςμζνοσ κφκλοσ ηωισ των μπαταριϊν αυτϊν (ειδικά ςε ςυνκικεσ βακιάσ φόρτιςθσ), εξιςορροπείται από το χαμθλό κόςτουσ τουσ, αν και καταβάλλονται ςθμαντικζσ ερευνθτικζσ προςπάκειεσ για τθν κατανόθςθ των μθχανιςμϊν γιρανςθσ τουσ και τθν πρόταςθ τεχνικϊν αντιμετϊπιςισ τθσ. Τα ςυςτιματα μολφβδου οξζοσ βελτιϊνονται ςταδιακά και με διάφορουσ τρόπουσ. Μια από τισ βελτιϊςεισ είναι θ χριςθ θλεκτρολυτϊν ςε μορφι gel, αντί για υγρό, είχε ωσ αποτζλεςμα να μποροφν οι μπαταρίεσ να χρθςιμοποιθκοφν ςε οποιαδιποτε κζςθ χωρίσ να χρειαςτεί να ανεφοδιαςτοφν, και να είναι ανκεκτικζσ ςε κραδαςμοφσ. Στισ ρυκμιηόμενεσ από βαλβίδα, μπαταρίεσ μολφβδου - οξζοσ (VRLA) θ διαφυγι αερίου ρυκμίηεται από ευαίςκθτεσ βαλβίδεσ πίεςθσ. Θ απόδοςθ και ο χρόνοσ ηωισ βελτιϊνονται από τισ καινοτόμεσ τεχνικζσ φόρτιςθσ, όπωσ οι παλμικζσ μζκοδοι φόρτιςθσ. Σε επίπεδο θλεκτρικϊν εταιρειϊν υπάρχουν διάφορεσ ςθμαντικζσ ςε μζγεκοσ εγκαταςτάςεισ. Μπαταρίεσ νικελίου καδμίου Οι μπαταρίεσ νικελίου καδμίου παρόλο που είναι ακριβότερεσ από τισ μολφβδου - οξζοσ, ζχουν διπλάςιο χρόνο ηωισ και επειδι δεν απαιτείται παρακολοφκθςθ κατά τθ λειτουργία τουσ μποροφν να τοποκετθκοφν ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ με δυςμενείσ κλιματολογικζσ ςυνκικεσ και ςτθν κυριολεξία να ξεχαςτοφν. Στα μειονεκτιματά τουσ εκτόσ από το κόςτοσ ανικουν και θ μεγάλθ διάρκεια ηωισ των τοξικϊν αποβλιτων (φςτερα από τθ χριςθ τθσ μπαταρίασ) κακϊσ και θ πεπεραςμζνθ ποςότθτα καδμίου ςτον πλανιτθ. Θ πιο χαρακτθριςτικι εγκατάςταςθ αυτοφ του είδουσ μπαταριϊν είναι ςτθν Αλάςκα για μια τοπικι εταιρία και θ οποία περιλαμβάνει μπαταρίεσ νικελίου καδμίου (Ni-Cd) και μπορεί να παρζχει 27 MW για 15 λεπτά και 46MW για 4 μόλισ λεπτά, και θ οποία καταςκευάςτθκε από τθ ςφμπραξθ ABB και SAFT Batteries. Μόνο για το 2006 θ ςυνειςφορά τθσ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 82

83 ςυγκεκριμζνθσ εγκατάςταςθσ ιταν θ αποφυγι ςυνολικά 82 περιπτϊςεων διακοπϊν θλεκτριςμοφ που αν πραγματοποιοφταν κα επθρζαηαν ζωσ και καταναλωτζσ με ςυνολικι διάρκεια διακοπϊν 725 λεπτά. Ωσ εναλλακτικι πρόταςθ για αυτζσ τισ μπαταρίεσ είναι οι μπαταρίεσ Ni-MH (nickelmetal Hybride) οι οποίεσ ζχουν λιγότερο τοξικι ςυμπεριφορά, μεγάλθ πυκνότθτα ενζργειασ και μεγάλο χρόνο ηωισ. Μπαταρίεσ λικίου ιόντοσ Οι μπαταρίεσ αυτζσ ζχουν μεγάλθ πυκνότθτα ενζργειασ ( kwh/m 3 λικίου),υψθλότατθ απόδοςθ μετατροπισ και μεγάλο κφκλο ηωισ (περίπου 3000 κφκλοι για βάκοσ εκφόρτιςθσ 80%). Επειδι το λίκιο είναι το ελαφρφτερο ςτερεό ςτοιχείο, οι μπαταρίεσ που βαςίηονται ςε αυτό μποροφν να είναι κατά πολφ ελαφρφτερεσ από τισ ςυνθκιςμζνεσ. Γι αυτό το λόγο και λόγω τθσ μεγάλθσ απόδοςισ τουσ, βρίςκουν πολλζσ εφαρμογζσ ςτα κινθτά τθλζφωνα και ςτουσ φορθτοφσ υπολογιςτζσ. Ρρόςφατα ζχει αρχίςει και θ δυνατότθτα επζκταςθσ χριςθσ μπαταριϊν Li-Ion και ςε εφαρμογζσ ςυςτθμάτων θλεκτρικισ ενζργειασ με μία πρϊτθ εγκατάςταςθ ςτθ χϊρα μασ ςτθν πειραματικι εγκατάςταςθ ςυμπαραγωγισ του Ε.Μ.Ρ. και τθσ Ε.Ρ.Α. Αττικισ. Λοιπζσ μπαταρίεσ Οι μπαταρίεσ NaS ζχουν πολφ μεγαλφτερθ ενεργειακι πυκνότθτα, 4.2 φορζσ κατ' όγκο και 5.8 φορζσ κατά βάροσ, από τισ μπαταρίεσ μολφβδουοξζοσ με μικρότερεσ ανάγκεσ ςυντιρθςθσ. Θ πιο ςθμαντικι εγκατάςταςθ τζτοιων μπαταριϊν αφορά εγκαταςτάςεισ ενίςχυςθσ άεργου ιςχφοσ ςε υποςτακμοφσ παρζχοντασ όμωσ και τθ δυνατότθτα κυκλικισ λειτουργίασ. Οι μπαταρίεσ Metal-air, αν και ςυμπαγείσ και οικονομικζσ δεν μποροφν να φορτιςτοφν και να εκφορτιςτοφν με ςθμαντικι απόδοςθ. Λοιπζσ μπαταρίεσ περιςςότερο ι λιγότερο ζτοιμεσ για εμπορικι αξιοποίθςθ είναι οι ZnBr, ZnCl2 οι νικελίου-ψευδαργφρου, οι ψευδαργφρου-άνκρακα κτλ Στρεφόμενεσ μάηεσ-σφόνδυλοι Οι ςτρεφόμενεσ μάηεσ ι ςφόνδυλοι flywheels, αναμζνεται να ζχουν εφαρμογζσ παροχισ ιςχφοσ και ενζργειασ για μικρά χρονικά διαςτιματα και κυρίωσ για τθν παροχι εφεδρείασ και όχι τόςο για τθν παροχι ενζργειασ. Θ ενζργεια που αποκθκεφεται με τθν περιςτροφι μίασ ςτρεφόμενθσ μάηασ ςε υψθλι ταχφτθτα μπορεί να μετατραπεί ξανά θλεκτρικι ιςχφ με τθ ςφνδεςθ τθσ μάηασ ςε μια γεννιτρια. Το ποςό ενζργειασ που μπορεί να αποκθκευτεί ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 83

84 ςτθ ςτρεφόμενθ μάηα είναι ανάλογο τθσ μάηασ του ςτροφζα και ανάλογο του τετραγϊνου τθσ ταχφτθτασ του ςτροφζα. Τα τελευταία χρόνια ςτο ςχεδιαςμό των ςτρεφόμενων μαηϊν θ ζμφαςθ ζχει μετατοπιςτεί από το ςχεδιαςμό τθσ γεωμετρίασ τθσ μάηασ ςτθν προςπάκεια να επιτευχκοφν υψθλζσ περιςτροφικζσ ταχφτθτεσ. Ταχφτθτεσ μζχρι rpm ζχουν ιδθ επιτευχκεί, ενϊ μζχρι rpm προβλζπονται για τισ μελλοντικζσ γενεζσ. Ο χρόνοσ φόρτιςθσ αυτϊν των διατάξεων κυμαίνεται μεταξφ λίγων sec και μζχρι min, βοθκϊντασ περιςςότερο από τισ μπαταρίεσ ςε εφαρμογζσ ιςχφοσ παρά ενζργειασ. Αντίκετα από τισ μπαταρίεσ, τα ςυςτιματα ςτρεφόμενων μαηϊν δεν είναι ευαίςκθτα ςτθ κερμοκραςία και θ απόδοςι τουσ μπορεί να φτάςει ωσ και 80-90% χωρίσ ιδιαίτερθ πτϊςθ τθσ απόδοςισ τουσ με το χρόνο ηωισ τουσ ο οποίοσ φτάνει τα χρόνια (για χριςθ ςε υψθλζσ ςυχνότθτεσ) με μικρι ςυντιρθςθ και εγκατάςταςθ. Υπζρ - πυκνωτισ (supercapacitor) και Υπεραγϊγιμα πθνία (SMES) Οι μονάδεσ υπζρ- πυκνωτϊν ζχουν χωρθτικότθτα ιςχφοσ και ενζργειασ χιλιάδεσ φορζσ μεγαλφτερθ από αυτι των ςυμβατικϊν πυκνωτϊν και είναι ικανοί να παρζχουν ιςχφ τθσ τάξθσ των 100 kw, ενϊ θ ενζργειά τουσ είναι δυνατό να διοχετευτεί μζςα ςε κλάςματα του δευτερολζπτου ωσ και μζςα ςε ζνα λεπτό. Οι κυριότερεσ εφαρμογζσ τουσ αφοροφν υποςτιριξθ τάςθσ, βελτίωςθ του ςυντελεςτι ιςχφοσ και υποςτιριξθ ενεργοφ και άεργου ιςχφοσ. Οι διατάξεισ SMES ςτθρίηουν τθ λειτουργία τουσ ςτθ χριςθ τθσ τεχνολογίασ των υπεραγϊγιμων υλικϊν γι αυτό και απαιτοφν ςθμαντικζσ ποςότθτεσ ψφξθσ. Αυτζσ οι διατάξεισ, μποροφν να διακζςουν ζωσ και 2 MW μζςα ςε λίγουσ κφκλουσ του εναλλαςςόμενου ρεφματοσ. Και οι δφο τφπου διατάξεισ και ειδικά οι ςυςκευζσ SMES αποτελοφν μια αποτελεςματικι λφςθ ςε παροχι ποιότθτασ ιςχφοσ ςτα δίκτυα διανομισ. Μάλιςτα υπάρχουν εταιρίεσ ςτισ ΘΡΑ οι οποίεσ διακζτουν τζτοιου είδουσ μεταφερόμενεσ μονάδεσ ςε containers για τθν εφαρμογι τουσ ςε διάφορεσ περιοχζσ του δικτφου διανομισ. Τεχνολογίεσ Υδρογόνου Μία αναπτυςςόμενθ τεχνολογία ςτον τομζα τθσ ενζργειασ είναι θ χριςθ του υδρογόνου ςε κυψζλεσ καυςίμου (fuel cell) είτε για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ είτε για μεταφορζσ. Το υδρογόνο ζχει πάρα πολφ μεγάλθ κερμογόνο δφναμθ ενϊ ςθμαντικι ζρευνα ζχει πραγματοποιθκεί για τθν αςφαλι αποκικευςι του ςε μεταλλικά δοχεία ι ράβδουσ διαφόρων ςχθμάτων με χριςθ νεροφ ι αζρα για τθν ψφξθ του και υπάρχουν ιδθ διακζςιμα ςχετικά εμπορικά προϊόντα. Θ παραγωγι του υδρογόνου γίνεται ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 84

85 με διάφορεσ φυςικοχθμικζσ μεκόδουσ από τουσ υδρογονάνκρακεσ, αλλά μπορεί να παραχκεί και με τθ βοικεια θλεκτρικισ ενζργειασ με τθ μζκοδο τθσ θλεκτρόλυςθσ νεροφ. Αν υπάρχει περίςςεια θλεκτρικισ ενζργειασ π.χ. αυξθμζνθ παραγωγι από ΑΡΕ τότε μπορεί να αξιοποιθκεί ςτθν παραγωγι του υδρογόνου μζςω θλεκτρόλυςθσ και θ παραγόμενθ ποςότθτα να χρθςιμοποιθκεί ςτθ ςυνζχεια και ωσ καφςιμο ςτον τομζα των μεταφορϊν. Αποκικευςθ ςυμπιεςτοφ αερίου Θ ςυμπίεςθ αερίων μζςω θλεκτρικϊν ςυμπιεςτϊν είναι μία βιομθχανικι διεργαςία θ οποία απαιτεί, ςε οριςμζνουσ τφπουσ βιομθχανιϊν, ςθμαντικζσ ποςότθτεσ ενζργειασ. Για παράδειγμα μία βιομθχανία αυτοκινιτων που χρθςιμοποιεί το 5% τθσ ετιςιασ θλεκτρικισ κατανάλωςισ τθσ ςε ςυμπίεςθ αζρα. Αζριο το οποίο μπορεί να ςυμπιεςτεί είναι και το CO 2 CO 2, είτε για τθν αποκικευςι του ςε γεωλογικζσ δομζσ, είτε για τθ χριςθ του ςτθ ςυνζχεια ςε βιομθχανίεσ αναψυκτικϊν ι ςε κερμοκθπιακζσ καλλιζργειεσ. Στισ τελευταίεσ θ παροχι CO 2 ςε φυτά ςε ςυνδυαςμό με τον τεχνθτό φωτιςμό ςυμβάλλει ςτθν ταχφτερθ ανάπτυξθ των φυτϊν και τθν αφξθςθ τθσ παραγωγικότθτάσ τουσ. Θ κατά το δυνατόν αποτελεςματικότερθ διαχείριςθ τθσ ςυςκευισ ςυμπίεςθσ αερίου, ϊςτε να ικανοποιοφνται οι ανάγκεσ ςε ςυμπιεςμζνο αζριο με το μικρότερο δυνατό ενεργειακό κόςτοσ ι τθν καλφτερθ διαχείριςθ παραγωγισ μονάδων ΑΡΕ, εμπίπτει ςε αλγορίκμουσ για τθν αποκικευςθ ενζργειασ. 4.3 Τβριδικά ςυςτήματα ςτην Ελλάδα Θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ τθσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ΑΡΕ ςτον Ελλαδικό χϊρο φαίνεται ςτον παρακάτω χάρτθ: ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 85

86 Σχιμα 4.2: Εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ ςτακμϊν παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ Θ ανάλυςθ ιςχφοσ παραγωγισ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ ςτθν Ελλάδα δίνεται ςτον ακόλουκο πίνακα: Ρίνακασ 4.1: Ανάλυςθ ιςχφοσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ (MW) το 2009 ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 86

87 Τα επίπεδα αιολικισ διείςδυςθσ ςτα ελλθνικά νθςιά είναι ακόμθ χαμθλά, παρά το υψθλό αιολικό τουσ δυναμικό, λόγω των περιοριςμϊν ιςχφοσ που επιβάλλονται ςτα αιολικά πάρκα (Α/Ρ) εξαιτίασ των ςυμβατικϊν μονάδων παραγωγισ. Ζνασ αποτελεςματικόσ τρόποσ αφξθςθσ τθσ αιολικισ διείςδυςθσ είναι μζςω τθσ τεχνολογίασ των υβριδικϊν ςυςτθμάτων, τα οποία αποτελοφν ςυνδυαςμό ςτακμοφ παραγωγισ από ΑΡΕ και διατάξεων αποκικευςθσ τθσ ενζργειασ που μζχρι τϊρα απορριπτόταν. Ζνασ τυπικόσ υβριδικόσ ςτακμόσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ με χριςθ αντλθςιοταμίευςθσ περιλαμβάνει τα ακόλουκα υποςυςτιματα: Το Αιολικό πάρκο, το οποίο αποτελεί τθ μθ ελεγχόμενθ μονάδα παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ΑΡΕ Το ςφςτθμα αποκικευςθσ ενζργειασ, δθλαδι το αντλιοςτάςιο, δφο αγωγοφσ αναρρόφθςθσ και προςαγωγισ, και τουσ ταμιευτιρεσ με τισ κατάλλθλεσ υψομετρικζσ διαφορζσ μεταξφ τουσ Το ςφςτθμα των υδροςτροβίλων που αποτελεί τθν ελεγχόμενθ μονάδα παραγωγισ από ΑΡΕ Το αντλιοςτάςιο, με μία ι με ζνα ςφνολο παράλλθλα ςυνδεδεμζνων Αντλιϊν Τα ςυςτιματα ελζγχου Τα ςυςτιματα μεταφοράσ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ Θ φιλοςοφία των υβριδικϊν ςυςτθμάτων ςτθρίηεται ςτθν αξιοποίθςθ τθσ περίςςειασ αιολικισ ενζργειασ που δεν καταναλϊνεται από το δίκτυο θ οποία επιτυγχάνεται μζςω άντλθςθσ νεροφ από τον κάτω ταμιευτιρα ςτον άνω. Με δεδομζνθ τθ ηιτθςθ του δικτφου και ςε περιόδουσ άπνοιασ ι μειωμζνθσ αιολικισ παραγωγισ, και ςε περιπτϊςεισ χαμθλοφ φορτίου (όπου ηθτοφμενο είναι θ ολοζνα και μικρότερθ ςυμμετοχι των ςυμβατικϊν κερμικϊν ςτακμϊν), θ αποκθκευμζνθ υδροδυναμικι ενζργεια του νεροφ αξιοποιείται αντιςτρζφοντασ τθν παραπάνω διαδικαςία. Ζτςι, το νερό μζςω του υδροςτροβίλου παράγει τθν απαιτοφμενθ θλεκτρικι ενζργεια και ςυγκεντρϊνεται ςτον κάτω ταμιευτιρα. Με τα υβριδικά ςυςτιματα εκτόσ τθσ εκμετάλλευςθσ μεγαλφτερθσ ποςότθτασ αιολικισ ιςχφοσ, επιπλζον μετατρζπεται ςε πλεονζκτθμα το βαςικό μειονζκτθμα αυτισ τθσ μορφισ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 87

88 ενζργειασ, τθσ ςτοχαςτικισ εμφάνιςθσ του ανζμου κακϊσ, τϊρα, παρζχεται εγγυθμζνθ ιςχφσ ςτο ςφςτθμα. Ραρακάτω κα μελετιςουμε μερικά υβριδικά ςυςτιματα ςτθν Ελλάδα. Υβριδικό ςφςτθμα ςτθν Κανκό Αξίηει να ςθμειωκεί, ότι το πρϊτο υβριδικό ςφςτθμα τθσ Ευρϊπθσ πραγματοποιικθκε ςτθν Κανκό τον Λοφλιο Σχιμα 4.3: Υβριδικό ςφςτθμα Κανκοφ Στθν Κανκό λειτουργοφςαν μζχρι τον Λοφνιο του 2000 ο πετρελαϊκόσ ςτακμόσ ιςχφοσ kw, το Α/Ρ ιςχφοσ 165 KW και ο Φ/Β ςτακμόσ ιςχφοσ 100 kwp. Στο νζο υβριδικό ςφςτθμα ενςωματϊκθκε ο παραπάνω εξοπλιςμόσ και επιπλζον: μια πρόςκετθ Α/Γ ιςχφοσ 500 KW, περιςτρεφόμενοσ πυκνωτισ 600 kva,ειδικζσ μπαταριζσ χωρθτικότθτασ 400 kwh, μετατροπείσ ςυνεχοφσ εναλλαςςομζνου και εναλλαςςομζνου ςυνεχοφσ ρεφματοσ 500 kw, αντιςτάςεισ απόρριψθσ φορτίου 500 KW και ςυςτιματα εποπτικοφ ελζγχου και διαχείριςθσ ιςχφοσ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 88

89 Ρίνακασ 4.4: Σχθματικι παράςταςθ λειτουργιάσ του υβριδικοφ ςυςτιματοσ τθσ Κφκνου με κάλυψθ των αναγκϊν του νθςιοφ 100% από ΑΡΕ. Το υβριδικό ςφςτθμα τθσ Λκαρίασ Θ καταςκευι μιασ λιμνοδεξαμενισ ςτο νθςί χωρθτικότθτασ m 3 ςε υψόμετρο μάλιςτα 720 μζτρων και το υψθλό κόςτοσ τθσ παρερχόμενθσ από ςυμβατικά καφςιμα θλεκτρικισ ενεργείασ ςε ςυνδυαςμό με τθ ςυνολικι κατανάλωςθ του νθςιοφ ιταν οι βαςικοί παράγοντεσ που ςυντζλεςαν ςτθν επιλογι τθσ Λκαρίασ για μελζτθ και εγκατάςταςθ του πρϊτου υβριδικοφ ςυςτιματοσ με κφριο χαρακτθριςτικό τθ μεςοπρόκεςμθ αποκικευςθ θλεκτρικι ενεργείασ υπό μορφι δυναμικισ ενεργείασ του νεροφ. Οι ανάγκεσ θλεκτρικισ ενεργείασ του νθςιοφ καλφπτονται ςιμερα από τον αυτόνομο ςτακμό παράγωγθσ ςυνολικισ ιςχφοσ kw και από το αιολικό πάρκο ςυνολικι ιςχφοσ 385 KW. Με ςτοιχειά του 2007 θ μζγιςτθ αιχμι τθσ ηιτθςθσ ιταν το καλοκαίρι KW ενϊ το χειμϊνα θ ελάχιςτθ κατανάλωςθ ζπεςε ςτα 540 KW περίπου και θ ετιςια κατανάλωςθ του νθςιοφ ιταν KWh. Ραρά το γεγονόσ ότι θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ των ανεμογεννθτριϊν είναι μικρι τισ νυχτερινζσ ϊρεσ τθσ χειμερινισ περιόδου θ απορρόφθςθ τθσ ςυνολικισ ιςχφοσ των ανεμογεννθτριϊν δθμιουργεί προβλιματα ςτισ πετρελαϊκζσ μονάδεσ του αυτόνομου ςταυροφ παράγωγθσ με αποτζλεςμα μζροσ των ανεμογεννθτριϊν να τίκεται εκτόσ λειτουργίασ. Ζτςι διείςδυςθ τθσ αιολικισ ενεργείασ ςτο ςθμερινό ςφςτθμα τθσ Λκαρίασ δεν ξεπερνά το 8%. Από πρακτικζσ μελζτεσ που ζγιναν κατά καιροφσ τα κυρία χαρακτθριςτικά του προτεινομζνου υβριδικοφ ςυςτιματοσ τθσ Λκαρίασ ζχουν ωσ εξισ: Συνολικι ιςχφσ Α/Ρ υφιςτάμενου + νερό ( ) ςε kw : Λςχφσ υδροςτροβίλων (1 x x 1.400) ςε kw : ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 89

90 Λςχφσ αντλιοςταςίου 10 αντλίεσ των 160kVA θ κάκε μια : Χωρθτικότθτα υφιςτάμενθσ λιμνοδεξαμενισ Χωρθτικότθτα δυο πρόςκετων λιμνοδεξαμενϊν ςε θ κάκε μια: 60 Ετιςια αναμενόμενθ ωφζλιμθ μετατροπι Θ/Ε Α/Ρ ςε MWh: Ροςοςτό διείςδυςθσ ΑΡΕ (Αιολικισ και υδραυλικισ) επί τισ % : 88 Συνολικό κόςτοσ ενεργείασ υβριδικοφ ςυςτιματοσ Λκαρίασ ςε euro./kwh:0.05 Ετιςιο όφελοσ από τθ λειτουργία του υβριδικοφ ςυςτιματοσ Λκαρίασ το ζτοσ 2010 : ε Σε αντίκεςθ με μεμονωμζνεσ Α/Γ που λειτουργοφν ςε αυτόνομα δίκτυα το υβριδικό ςφςτθμα τθσ Λκαρίασ, μζςου των λιμνοδεξαμενϊν ενδιάμεςθσ αποκικευςθσ ενεργείασ προςφζρει εγγυθμζνθ ιςχφ. Αυτό ςθμαίνει ότι είναι δυνατό να είναι περιττι θ εγκατάςταςθ μιασ εκ των δυο πετρελαϊκϊν μονάδων ιςχφοσ 4-5,5MW. Στθν περίπτωςθ αυτι εξοικονομοφνται ςθμαντικζσ δαπάνεσ επζνδυςθσ και μειϊνεται το κόςτοσ παράγωγθσ θλεκτρικισ ενεργείασ. Υβριδικό ςφςτθμα ςτθ Σζριφο Θ φιλοςοφία τζτοιων ςυςτθμάτων ςτθρίηεται ςτθν αξιοποίθςθ τθσ περίςςειασ αιολικισ ενζργειασ που δεν καταναλϊνεται από το δίκτυο θ οποία επιτυγχάνεται μζςω άντλθςθσ νεροφ από τον κάτω ταμιευτιρα και αποκικευςθσ ςτον άνω. Με δεδομζνθ τθ ηιτθςθ του δικτφου και ςε περιόδουσ άπνοιασ ι μειωμζνθσ αιολικισ παραγωγισ, θ αποκθκευμζνθ δυναμικι ενζργεια του νεροφ αξιοποιείται αντιςτρζφοντασ τθν παραπάνω διαδικαςία, αφοφ το νερό μζςω του ςτροβίλου παράγει τϊρα τθν απαιτοφμενθ θλεκτρικι ενζργεια και ςυγκεντρϊνεται ςτον κάτω ταμιευτιρα. Με τον τρόπο αυτό, το βαςικό μειονζκτθμα τθσ ςτοχαςτικισ εμφάνιςθσ του ανζμου μετατρζπεται ςε πλεονζκτθμα κακϊσ παρζχεται εγγυθμζνθ ιςχφσ ςτο ςφςτθμα. Το ςφςτθμα τθσ αντλθςιοταμίευςθσ δεν αποτελεί τεχνολογικι πρωτοτυπία, αφοφ τζτοια ςυςτιματα λειτουργοφν ςτο θπειρωτικό δίκτυο προςφζροντασ τθν αποκθκευμζνθ ενζργεια ςε ϊρεσ αιχμισ (μονάδεσ αιχμισ). ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 90

91 Σχιμα 4.5α: Χάρτθσ εκμεταλλεφςιμου αιολικοφ δυναμικοφ νιςου Σερίφου (ΚΑΡΕ) Σχιμα 4.5β: Καταςκευι του φράγματοσ ςτθ κζςθ Στενό για τθ δθμιουργία του κάτω τεχνθτοφ ταμιευτιρα Το Υβριδικό Σφςτθμα τθσ Σερίφου αποτελείται από τα παρακάτω υποςυςτιματα: Το αιολικό πάρκο (Α/Ρ) Τον άνω και τον κάτω ταμιευτιρα Το αντλιοςτάςιο και το ςτακμό του ςτροβίλου Τον υπάρχοντα ΤΣΡ Κεντρικι Μονάδα εποπτικοφ Ελζγχου (ΚΜΕ) Θ ςυνεργαςία όλων των παραπάνω υποςυςτθμάτων ςτοχεφει ςτθν μείωςθ του κόςτουσ παραγόμενθσ ενζργειασ (kwh) από το νζο ςφςτθμα, ςυγκρινόμενθ πάντα με το ιδθ υπάρχον, ενϊ ταυτόχρονα ςτθν αναβάκμιςθ του δικτφου και τθσ ποιότθτασ παρεχόμενθσ ιςχφοσ. Κάτωκι περιγράφονται αναλυτικότερα όλα τα επιμζρουσ υποςυςτιματα και τα μεγζκθ τουσ. Κάτω Σαμιευτήρασ Το Υπουργείο Γεωργίασ ζχει καταςκευάςει φράγμα με τθ χριςθ ςκυροδζματοσ δθμιουργϊντασ μία τεχνθτι λιμνοδεξαμενι με ςυνολικι εκτιμϊμενθ χωρθτικότθτα m 3. Θ λιμνοδεξαμενι βρίςκεται ςτθν περιοχι Λιβάδι, 2,5km από τθν πρωτεφουςα του νθςιοφ Χϊρα, και ςε φψοσ +100m από τθν επιφάνεια τθσ κάλαςςασ. Υπολογίηεται να ςυλλζγει το βρόχινο νερό τθσ λεκάνθσ απορροισ του ρζματοσ Στενό, αρδεφοντασ αλλά και υδρεφοντασ το νθςί κυρίωσ κατά τουσ κερινοφσ μινεσ. Θ μελζτθ τθσ λιμνοδεξαμενισ από το Υπ. Γεωργίασ εκτιμά ςε ετιςια μθνιαία βάςθ τα διακζςιμα αποκζματα νεροφ ςε αυτι, το μζγιςτο όγκο επιτρεπόμενθσ απόλθψθσ από τουσ χριςτεσ και τθ μζγιςτθ εξάτμιςθ. Το Υβριδικό Σφςτθμα εκ ςχεδιαςμοφ, κα ανακυκλϊνει κάποια ποςότθτα νεροφ μεταξφ των δφο ταμιευτιρων και ωσ εκ τοφτου δεν υπόκειται ςε κανζνα περιοριςμό μζγιςτθσ επιτρεπόμενθσ απόλθψθσ νεροφ. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 91

92 Άνω Σαμιευτήρασ Ο άνω ταμιευτιρασ ζχει καταςκευαςτεί ςτθν κορυφι του όρουσ Ρετριάσ, βορειοδυτικά τθσ Χϊρασ και ςε υψόμετρο +520m από τθν επιφάνεια τθσ κάλαςςασ. Ο παραπάνω ταμιευτιρασ κα καταςκευαςτεί από ενιςχυμζνο ςκυρόδεμα ςε ςχιμα ανάςτροφθσ κόλουρθσ πυραμίδασ με κλίςθ τοιχϊματοσ 2:1 ςχετικά με το οριηόντιο επίπεδο. Το βάκοσ εκςκαφισ υπολογίηεται ςτα 5m, ενϊ το υλικό εκςκαφισ κα χρθςιμοποιθκεί για τθν πλευρικι ςτιριξθ τθσ υπζργειασ καταςκευισ από ςκυρόδεμα, αυξάνοντασ ζτςι το ςυνολικό βάκοσ του ταμιευτιρα ςτα 10m και μειϊνοντασ παράλλθλα το ςυνολικό κόςτοσ καταςκευισ. Οι διαςτάςεισ του ταμιευτιρα κα είναι: 40x140m, ενϊ πρζπει να τονιςτεί πωσ ςτθν εν λόγω κζςθ, θ ςφνκετθ τοπογραφία, λόγω απότομων κλίςεων, κζτει περιοριςμό ωσ προσ αυτζσ. Τζλοσ, θ χωρθτικότθτά του κα είναι m3, όπωσ προζκυψε από τθ βελτιςτοποίθςθ που ακολουκεί, ενϊ οι βζλτιςτεσ διαςτάςεισ του ταμιευτιρα είναι και οι μζγιςτεσ επιτρεπόμενεσ. Σχιμα 4.6: Υπόδειγμα καταςκευισ του άνω τεχνθτοφ ταμιευτιρα με οπλιςμζνο ςκυρόδεμα Αιολικό Πάρκο Το αιολικό πάρκο ζχει εγκαταςτακεί ςτο όροσ Τροφλοσ, βόρεια τθσ Χϊρασ και ςε απόςταςθ περίπου 3km από αυτι. Θ περιοχι αυτι προςφζρει υψθλό αιολικό δυναμικό, γειτνιάηει ςε μία κφρια γραμμι μεταφοράσ θλεκτριςμοφ και διευκολφνει τθν εγκατάςταςθ μεγάλου αρικμοφ ανεμογεννθτριϊν ςε κάκετθ διάταξθ ςτθν τοπικι επικρατοφςα διεφκυνςθ ανζμου. Το βζλτιςτο μζγεκοσ του Α/Ρ υπολογίηεται να ζχει 3000 kw ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 92

93 εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ και να απαρτίηεται από 5 Α/Γ (μεταβλθτϊν ςτροφϊν μεταβλθτοφ βιματοσ ςφγχρονθσ γεννιτριασ) ονομαςτικισ ιςχφοσ 600 kw ζκαςτθ. Ωσ γνωςτόν οι Α/Γ αυτζσ ζχουν τθν δυνατότθτα ρφκμιςθσ ενεργοφ και άεργου ιςχφοσ, γεγονόσ που τισ κακιςτά ιδιαίτερα φιλικζσ ςτθ ςυνεργαςία τουσ με τα αυτόνομα δίκτυα και γι αυτό επιλζγθκαν. Αντλιοςτάςιο - τρόβιλοι Ο ςτακμόσ των ςτροβίλων αποτελείται από δφο ςτροβίλουσ Pelton ονομαςτικισ ιςχφοσ 600kW ζκαςτοσ με ονομαςτικό φψοσ λειτουργίασ 460m, και κα καταςκευαςτεί ςτο επίπεδο του κάτω ταμιευτιρα. Το αντλιοςτάςιο υπολογίηεται να αποτελείται από 10 πολυβάκμιεσ αντλίεσ ονομαςτικισ ιςχφοσ 130kW ζκαςτθ. Οι αντλίεσ κα ςυνδεκοφν παράλλθλα και κα λειτουργοφν υπό μεταβλθτζσ ςτροφζσ με τθ χριςθ κατάλλθλου μετατροπζα. Θ ανακφκλωςθ του νεροφ κα γίνεται μεταξφ των δφο ταμιευτιρων με χριςθ χαλφβδινθσ ςωλινωςθσ κυμαινόμενθσ διατομισ με μικοσ περίπου 2.5km. υμβατικόσ Σοπικόσ ταθμόσ Παραγωγήσ (ΣΠ) Θ μζγιςτθ ωριαία ηιτθςθ του νθςιοφ ακολουκεί αυξθτικι πορεία και ενδεικτικά αναφζρεται πωσ τα παρελκόντα ζτθ αυξανόταν με ρυκμοφσ 8-10%. Σφμφωνα με προβλζψεισ, θ αιχμι του φορτίου του νθςιοφ κα ςυνεχιςτεί με τθν ίδια αυξθτικι τάςθ και τα επόμενα χρόνια αναγκάηοντασ ζτςι ςε προμικεια νζων μθχανϊν προσ κάλυψθ τθσ ολοζνα διογκοφμενθσ ηιτθςθσ. Σε αντίκεςθ με τα παραπάνω αναγκαία ςχζδια επζκταςθσ του ΤΣΡ, θ λφςθ του Υβριδικοφ Συςτιματοσ δεν προβλζπει καμία μεταβολι ςτον ΤΣΡ ςτα επόμενα ζτθ, εξοικονομϊντασ ζτςι ποςά τα οποία κα επενδυκοφν ςτθν υλοποίθςι του. 4.4 Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα ςτα υβριδικά ςυςτήματα Τα πλεονεκτιματα είναι πολλά: Συνειςφορά ςτθν ενίςχυςθ τθσ ενεργειακισ ανεξαρτθςίασ και τθσ αςφάλειασ του ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ ςε εκνικό επίπεδο. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 93

94 ςυμβολι ςτθν μείωςθ τθσ εξάρτθςθσ από ςυμβατικοφσ, μθ ανανεϊςιμουσ ενεργειακοφσ πόρουσ. ςυμβολι ςτθν άμβλυνςθ του φαινόμενου του κερμοκθπίου, λάκοσ ςυνειςφζρουν ςτον περιοριςμό τθσ εκπομπισ των 6 αζριων του κερμοκθπίου (CO 2,CH 4,N 2 O,HFC S,PFC S,SF 6 ) ςτθν ατμόςφαιρα. αποκζντρωςθ του ενεργειακοφ ςυςτιματοσ, εξαιτίασ τθσ γεωγραφικισ τουσ διαςποράσ, με αποτζλεςμα τθ δυνατότθτα κάλυψθσ των ενεργειακϊν αναγκϊν ςε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο και τθ ςυνεπακόλουκθ ανακοφφιςθ των ςυςτθμάτων υποδομισ και τον περιοριςμό των απωλειϊν από τθν μεταφορά ενεργείασ. δυνατότθτα ορκολογικισ αξιοποίθςθσ των ενεργειακϊν πόρων, με διαφορετικζσ λφςεισ για διαφορετικζσ ενεργειακζσ ανάγκεσ (για παράδειγμα χριςθ θλιακισ ενεργείασ για κερμότθτα χαμθλϊν κερμοκραςιϊν, χριςθ αιολικισ ενεργείασ για θλεκτροπαραγωγι κ.α.). χαμθλό λειτουργικό κόςτοσ που δεν επθρεάηεται από τισ διακυμάνςεισ τθσ διεκνοφσ οικονομίασ και ειδικότερα των τιμϊν των ςυμβατικϊν καφςιμων ςυνειςφορά ςτθν αναηωογόνθςθ οικονομικά και κοινωνικά υποβακμιςμζνων περιοχϊν με τθ δθμιουργία κζςεων εργαςίασ και τθν προςζλκυςθ ανάλογων επενδφςεων (π.χ. καλλιζργειεσ κερμοκθπίου με τθ χριςθ γεωκερμικισ ενεργείασ) Ακόμθ ςτα πλεονεκτιματα είναι: Δε χρειάηονται ςτφλοι μεταφοράσ ρεφματοσ Δεν ζρχονται λογαριαςμοί Δεν καίγονται ψυγεία ι άλλεσ ςυςκευζσ από αςτάκεια τάςθσ Δεν υπάρχουν βλαβερζσ ακτινοβολίεσ Ρραγματοποιείται παντοφ Δε χρειάηεται άδειεσ Δε χρειάηεται καφςιμα Ζχει πολφ μεγάλθ διάρκεια ηωισ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 94

95 Ανάμεςα ςτα μειονεκτιματα τουσ ςυγκαταλζγονται τα ζξεισ: ςυντελεςτισ απόδοςθσ είναι χαμθλόσ. Μζχρι ςτιγμισ χρθςιμοποιοφνται ωσ ςυμπλθρωματικζσ πιγεσ 4.5 υμπεράςματα Ολοκλθρϊνοντασ τθ μελζτθ του αυτονόμου υβριδικοφ ςυςτιματοσ μποροφμε να ςυνοψίςουμε τα κυριότερα ςθμεία ϊςτε να καταλιξουμε ςε ενδιαφζροντα ςυμπεράςματα και να κατακζςουμε κάποιεσ προτάςεισ. Πταν το ςφςτθμα είναι αυτόνομο, είναι προφανζσ πωσ κζλουμε να ζχουμε 100% αξιοπιςτία, αφοφ θ απουςία του δικτφου κάνει αποβλθμζνθ τθν αδιάκοπθ λειτουργία του αυτονόμου ςυςτιματοσ. Τθσ τελευταίεσ δεκαετίεσ ζχει παρατθρθκεί ιδιαίτερθ αφξθςθ τθσ ηιτθςθσ θλεκτρικισ ενεργείασ. Οι φυςικοί πόροι, όμωσ, που μζχρι τϊρα χρθςιμοποιοφνταν για να εξυπθρετιςουν τισ κακθμερινζσ ανάγκεσ τθσ ανκρωπότθτασ (πετρζλαιο, λιγνίτθσ, άνκρακασ, κτλ) πλζον δεν επαρκοφν και αναηθτοφνται τρόποι κάλυψθσ τθσ απαιτοφμενθσ ενεργείασ και μειϊςει των εκπεμπόμενων ρφπων απαιτεί τθν χριςθ των ανανεϊςιμων πθγϊν ςε πολλζσ εφαρμογζσ. Κλείνοντασ, μποροφμε να ποφμε τζτοια ςυςτιματα κφριοσ ςυναντϊνται ςε απομονωμζνεσ περιοχζσ (π.χ. νθςιά) όπου δεν υπάρχει θ δυνατότθτα διαςφνδεςθσ. Μια υποκετικι εφαρμογι του αυτονόμου ςυςτιματοσ που μελετιςαμε ςτο ελλθνικό ενεργειακό ςφςτθμα κα μποροφςε να γίνει ςτα αυτόνομα ςυςτιματα που ακολουκεί ςτο παρακάτω πινάκα. Ρίνακασ 4.2: Τροφοδοτοφμενα νθςιά ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 95

96 ΝΘΣΛΩΤΛΚΟ ΣΥΣΤΘΜΑ Κακϊσ εμφανίηονται ςυνεχϊσ νζεσ ςυνκικεσ και δεδομζνα πάνω ςτα όποια βαςίηεται θ ηιτθςθ θλεκτρικισ ενεργείασ ςτισ μζρεσ μασ, το πεδίο τθσ ζρευνασ γφρω από τα ςυςτιματα αυτά διευρφνεται. Ζτςι αναπτφςςονται νζεσ τεχνολόγθςα, και μζςα για τθ βελτίωςθ των χαρακτθριςτικϊν τουσ, με αποτζλεςμα το επιςτθμονικό ενδιαφζρον γφρω από το πεδίο αυτά παραμζνει ανεξάντλθτο. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 96

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΕΛΣΑΓΩΓΘ Τα αυτόνομα υβριδικά ςυςτιματα θλεκτροπαραγωγισ (Υ.Σ.Θ.) ςχεδιάηονται για τθν παράγωγθ και τθ διαχείριςθ τθσ θλεκτρικισ Λςχφοσ. Είναι ανεξάρτθτα από τα μεγάλα εκνικά δίκτυα και ενςωματϊνουν πολλοφσ και διαφορετικοφσ τφπουσ πθγϊν ιςχφοσ που ςυνίςτανται κυρίωσ από Α.Ρ.Ε. αλλά και από μθ Α.Ρ.Ε. το μζγεκοσ τουσ από πλευράσ ιςχφοσ μπορεί να κυμαίνεται από πολλά ΜW όπωσ για παράδειγμα ςτα αυτόνομα δίκτυα απομονωμζνων νθςιϊν, μζχρι λίγα kw όπωσ ςτισ περιπτϊςεισ απομονωμζνων εξοχικϊν κατοικιϊν. Μικρά υβριδικά ςυςτιματα που τροφοδοτοφν μόνο φόρτια DC ιςχφοσ kw μποροφν να χρθςιμοποιοφνται ςε απομονωμζνεσ περιοχζσ για εφαρμογζσ χαμθλισ κατανάλωςθσ ιςχφοσ, όπωσ για παράδειγμα ςε κατοικίεσ απομακρυςμζνεσ από τθν θλεκτροδότθςθ, αναμεταδότεσ τθλεπικοινωνιϊν κ.α.. Τα υβριδικά πάρκα είναι το πρϊτο βιμα για μια εκτεταμζνθ χριςθ των ανανεϊςιμων πθγϊν ενεργείασ κακϊσ ςυνδυάηουν αιολικι, θλιακι και υδροθλεκτρικι ενεργεία με τισ υπάρχουςεσ μονάδεσ παράγωγθσ ρεφματοσ (με ορυκτά αναλϊςιμα θ πετρζλαιο). ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 97

98 5.1 Μελζτη περιοχήσ Τθν περιοχι τθν όποια κα πάρουμε για ζνα υποκετικό υβριδικό ςφςτθμα είναι ο Ν. Ζβρου. 5.2 Κλιματολογικά δεδομζνα περιοχήσ Άνεμοσ - θερμοκραςία Το κλίμα τθσ περιοχισ Κράκθσ με βάςθ τισ μετριςεισ επτά Μετεωρολογικϊν Στακμϊν κατά τθν περίοδο 1986 και Θ περιοχι μελζτθσ βρίςκεται ςτα μζςα γεωγραφικά πλάτθ του βόρειου θμιςφαιρίου και ωσ εκτοφτου ςε περιοχι ανταγωνιςμοφ αντικζτων αερίων μαηϊν. Κατά το χειμϊνα θ μετανάςτευςθ τθσ γενικισ κυκλοφορίασ τθσ ατμόςφαιρασ φζρνει ςτθν περιοχι τον νότιο κλάδο των ανζμων δυτικισ ςυνιςτϊςασ, οι οποίοι είναι ςτενά ςυνδεδεμζνοι με κυκλωνικζσ διελεφςεισ και με ειςβολζσ μεταςχθματιςκζντοσ πολικοφ αζρα. Στθ ηϊνθ αυτι αναπτφςςεται κατά τθν ψυχρι περίοδο το κυμαινόμενο Μεςογειακό Ρολικό μζτωπο κατά μικοσ του οποίου ο κερμόσ τροπικόσ αζρασ ςυναντάται με τον ψυχρό πολικό αζρα. Θ παρουςία του Μεςογειακοφ - Ρολικοφ μετϊπου και οι ςυνδεδεμζνεσ με αυτό υφζςεισ προκαλοφν τισ βροχοπτϊςεισ. Για το λόγο αυτό, θ ψυχρι περίοδοσ είναι θ κατεξοχιν βροχερι περίοδοσ. Κατά το καλοκαίρι θ περιοχι κυριαρχείται από τον αντικυκλϊνα των Αηόρων, ενϊ ταυτόχρονα υπάρχει και θ εκτεταμζνθ ςκάφθ χαμθλϊν πιζςεων τθσ Αςίασ. Ο ςυνδυαςμόσ αυτόσ ςυντελεί ςτθν πνοι ανζμων Βορείου τομζα (ετιςιεσ) οι οποίοι τοπικά εξαςκενοφν από τθ δράςθ τθσ καλάςςιασ αφρασ και προςδίδουν ςτο κλίμα ιδιαίτερο χαρακτιρα, γνωςτό ωσ κλίμα των ετιςιων ανζμων. Θ κυριαρχοφςα διεφκυνςθ του ανζμου (κατά το πλείςτον βόρειασ ςυνιςτϊςασ), οι κινιςεισ των αερίων μαηϊν και το πολφπλοκο ανάγλυφο τθσ περιοχισ, κακορίηουν τθν οριηόντια κατανομι τθσ βροχόπτωςθσ και τθσ κερμοκραςίασ του αζροσ. Θ ετιςια πορεία τθσ κερμοκραςίασ είναι, κατά μζςο όρο, μικρότερθ εκείνθσ των τροπικϊν κλιμάτων. Θ μζςθ μθνιαία κερμοκραςία του αζρα, κατά τουσ κερινοφσ μινεσ, δεν υπερβαίνει τουσ 40 C, μολονότι οι ακραίεσ τιμζσ είναι μεγαλφτερεσ των 40. Επίςθσ, τουσ κερινοφσ μινεσ, οι παράκτιεσ περιοχζσ δεν είναι αιςκθτά δροςερότερεσ από τθν ενδοχϊρα, αφοφ το Αιγαίο είναι κλειςτι και αρκετά κερμι κάλαςςα (π.χ. Αλεξανδροφπολθ 38, Κομοτθνι 36, Ορεςτιάδα 35. C). Θ μζςθ μθνιαία κερμοκραςία του αζρα για τον ψυχρότερο μινα τθσ περιόδου βρίςκεται πάνω από 0, ενϊ ςε κανζνα Μετεωρολογικό Στακμό, θ κερμοκραςία του κερμότερου μινα δεν κατεβαίνει κάτω από 10 C. Τα όρια αυτά τθσ μζςθσ μθνιαίασ κερμοκραςίασ κατατάςςουν τθν περιοχι ςτα μεςόκερμα κλίματα ( C). Θ διακριτι ξθρά περίοδοσ κατά το καλοκαίρι και θ παρουςία βροχοπτϊςεων κατά το χειμϊνα, κατά τον οποίο ο πλζον βροχερόσ μινασ ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 98

99 ζχει τουλάχιςτον τριπλάςια βροχόπτωςθ του ξθρότερου μινα, θ βροχόπτωςθ του οποίου δεν ξεπερνά τα 40mm. Λαμβάνοντασ υπόψθ ότι θ τιμι τθσ μζςθσ κερμοκραςίασ του κερμότερου μινα του ζτουσ είναι μικρότερθ από 22 C ςε όλουσ τουσ Μετεωρολογικοφσ Στακμοφσ, το κλίμα χαρακτθρίηεται 033 δθλαδι μεςογειακό κλίμα με ιπιουσ χειμϊνεσ και ξθρό, κερμό καλοκαίρι. Ετήςια Συχνότητα (%) τησ Διεφθυνςησ και τησ Ζνταςησ του Ανέμου ςε Κλίμακα Beaufort (Από παρατηρήςεισ 06H,12H,18H GMT) Beauf N NE E SE S SW W NW Calm Sum 0 30,667 30, ,757 0,768 0,318 0,450 0,165 0,351 0,571 0,516 3, ,260 4,597 2,282 0,944 1,547 2,853 1,580 0,834 16, ,930 7,637 2,589 0,658 1,931 4,575 1,075 0,373 21, ,445 7,362 1,470 0,307 1,097 2,238 0,538 0,154 16, ,810 2,688 0,340 0,099 0,603 0,450 0,088 0,033 6, ,064 1,053 0,044 0,033 0,373 0,154 0,022 0,011 2, ,285 0,252 0,011 0,011 0,187 0,044 0,011 0,011 0, ,132 0,110 0,011 0,011 0,077 0,022 0,011 0,011 0, ,011 0,011 0,000 0,000 0,011 0,011 0,011 0,000 0, ,011 0,011 0,000 0,000 0,011 0,000 0,000 0,011 0, ,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Sum 12,705 24,489 7,065 2,513 6,002 10,698 3,907 1,954 30, Ρίνακασ 5.1. Ετιςια Συχνότθτα Διεφκυνςθσ και Ζνταςθσ Ανζμου ςε Κλίμακα Beaufort, κατά τα ζτθ , για τθν περιοχι τθσ Αλεξανδροφπολθσ. (Εκνικι Μετεωρολογικι Υπθρεςία) Θ μζςθ τιμι τθσ ταχφτθτασ ανζμου (m/ s) για κάκε μινα παρουςιάηεται ςυνοπτικά ςτον πίνακα 5.2 ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 99

100 Μήνασ Μέςη Μηνιαία Διεφθυνςη Ανέμων Μέςη Μηνιαία Ταχφτητα Ανέμου (m/ s) Λανουάριοσ ΒΑ 4,3 Φεβρουάριοσ ΒΑ 4,4 Μάρτιοσ ΒΑ 4,3 Απρίλιοσ ΒΑ 3,2 Μάιοσ ΒΑ 2,8 Λοφνιοσ ΒΑ 2,8 Λοφλιοσ ΒΑ 3,5 Αφγουςτοσ ΒΑ 3,5 Σεπτζμβριοσ ΒΑ 3,4 Οκτϊβριοσ ΒΑ 3,9 Νοζμβριοσ ΒΑ 3,5 Δεκζμβριοσ ΒΑ 4,1 Ρίνακασ 5.2. Μζςθ μθνιαία διεφκυνςθ και ταχφτθτα ανζμων ςτθν ευρφτερθ περιοχι τθσ Αλεξανδροφπολθσ. (Τεχνικό Επιμελθτιριο Ελλάδασ) Ηλιακή ακτινοβολία Ο ιλιοσ. είναι μια πρωταρχικι πθγι ενζργειασ για τον πλανιτθ μασ. Μια πθγι ηωισ. Είναι γνωςτό ότι θ θλιακι ακτινοβολία όχι μόνο δίνει φωσ, αλλά επίςθσ κερμαίνει τα ςϊματα ςτα οποία προςπίπτει. Λιγότερο γνωςτό είναι ότι θ θλιακι ακτινοβολία αλλάηει και τισ ιδιότθτεσ κάποιων υλικϊν (των θμιαγωγϊν), που, με αυτόν τον τρόπο, παράγουν θλεκτρικό ρεφμα. Αυτό είναι και το "κλειδί" για τθν περαιτζρω αξιοποίθςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ για τθν παραγωγι θλεκτριςμοφ. ςιμερα, που πραγματοποιείται μζςω κερμικϊν θλιακϊν, πακθτικϊν θλιακϊν και φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Θ θμεριςια θλιακι ακτινοβολία και ο ςυντελεςτισ αικριότθτασ για τθν πόλθ τθσ Αλεξανδροφπολθσ δίνονται ςτον Ρίνακα 5.3. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 100

101 Μήνασ Μέςη Ημερήςια Ηλιακή Ακτινοβολία (kwh/m 2 ) Μέςη Ημερήςια τιμή Συντελεςτή Αιθριότητασ Λανουάριοσ 1,635 0,4 Φεβρουάριοσ 2,461 0,44 Μάρτιοσ 3,461 0,46 Απρίλιοσ 4,727 0,49 Μάιοσ 5,897 0,54 Λοφνιοσ 6,860 0,59 Λοφλιοσ 6,826 0,6 Αφγουςτοσ 6,203 0,61 Σεπτζμβριοσ 4,807 0,58 Οκτϊβριοσ 3,206 0,53 Νοζμβριοσ 1,927 0,44 Δεκζμβριοσ 1,410 0,39 Ρίνακασ 5.3. Μζςθ θλιακι ακτινοβολία και ςυντελεςτισ αικριότθτασ ςτθν ευρφτερθ περιοχι τθσ Αλεξανδροφπολθσ. (Τεχνικό Επιμελθτιριο Ελλάδασ) Η παροφςα μελζτη θα πραγματοποιηθεί για ζνα αυτόνομο υβριδικό ςφςτημα 5.8kw. το όποιο θα αποτελείται από μια ανεμογεννήτρια ιςχφσ 1.8 kw και από ζνα Φ/Β ςφςτημα ιςχφσ 4 kw όπωσ φαίνεται ςτην παρακάτω εικόνα: ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 101

102 Σχιμα 5.1: Υβριδικό ςφςτθμα ανεμογεννιτριασ και Φ/Β Τα βαςικά ςυςτατικά του αυτονόμου υβριδικοφ μασ ςυςτιματοσ είναι: Α. Οι ενεργειακζσ πηγζσ: Ανεμογεννιτρια (Α/Γ) ιςχφσ 1.8 kw. Φωτοβολταϊκά πλαίςια (Φ/Β) ιςχφσ 4 kw. Β. Σα ςυςτήματα αποθήκευςησ ενζργειασ: Θλεκτρικοί ςυςςωρευτζσ Γ. Σα ςυςτήματα διαχείριςησ ενζργειασ: Ελεγκτισ φόρτιςθσ ςυςςωρευτϊν από παραγωγι ενζργειασ από τθν Α/Γ ι το Φ/Β. Αντιςτροφζασ DC-AC (Inverter) Σφςτθμα ελζγχου Πιο αναλυτικά για τισ ενεργειακζσ πηγζσ ζχουμε: ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 102

103 Σχιμα 5.2: Ανεμογεννιτρια Φ/Β Θ Α/Γ αποτελεί ςυνικωσ τθν κεντρικι μονάδα παραγωγισ ενζργειασ ςε τζτοια ςυςτιματα. Σκοπόσ τθσ ανεμογεννιτριασ είναι θ μετατροπι τθσ αιολικισ ενζργειασ ςε ωφζλιμθ. Τα χαρακτθριςτικά μεγζκθ μιασ Α/Γ είναι θ καμπφλθ ιςχφοσ-ταχφτθτασ ανζμου, ο τφποσ κινθτιρα, θ τάςθ που παρζχει και θ τιμι τθσ τάςθσ εξόδου. Ο τφποσ ανεμογεννιτριασ ςτθν παροφςα περίπτωςθ είναι θ ανεμογεννιτρια Skystream 3.7 τθσ οποίασ το διάγραμμα τθσ ιςχφσ εξόδου τθσ φαίνεται ςτο Σχιμα 5.4. Θ διάμετροσ που ςαρϊνουν τα πτερφγια τθσ είναι 3,7 m. ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 103

104 Σχιμα 5.3. Θ ιςχφσ εξόδου τθσ επιλεγμζνθσ ανεμογεννιτριασ ςυναρτιςει τθσ ταχφτθτασ του αζρα. Το φωτοβολταϊκό πλαίςιο είναι μια διάταξθ που αποτελείται από πλικοσ αντίςτοιχων ςτοιχείων. Το φωτοβολταϊκό ςτοιχείο είναι μια επαφι p- n που μετατρζπει απ ευκείασ τθν θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία που απορροφάται ςε θλεκτρομαγνθτικι. Ραράγει ςυνεχζσ ρεφμα (DC) ζχοντασ τθν δυνατότθτα να καλφψει απ ευκείασ φορτία που λειτουργοφν ςτο DC. Θ μζςθ μθνιαία παραγωγι του υβριδικοφ ςυςτιματοσ υπολογίςτθκε με τθ βοικεια του κϊδικα Homer και απεικονίηεται ςτο Σχιμα 5.5. Το ςφςτθμα των Φ/Β αποδίδει 6073 kwh/year ενϊ θ ανεμογεννιτρια 1559 kwh/year. Σχιμα 5.4 Θ μζςθ ετιςια παραγωγι θλεκτριςμοφ του προτεινόμενου ςυςτιματοσ. Από το ςχιμα 5.4 παρατθροφμε ότι ςτουσ χειμερινοφσ μινεσ ζχουμε καλφτερεσ αποδόςεισ τθσ ανεμογεννιτριασ μασ, για τον λόγο ότι ζχουμε ιςχυρότερουσ ανζμουσ. Ενϊ ςτα φωτοβολταϊκα είναι ακριβϊσ το αντίκετο, ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 104

105 παρατθροφμε ότι τουσ καλοκαιρινοφσ μινεσ ζχουμε καλφτερθ απόδοςθ του ςυςτιματοσ μασ. Αυτό ςθμαίνει ότι ζνα υβριδικό ςφςτθμα όπωσ είναι το ςυγκεκριμζνο που μελετάμε είναι ζνα από τα καταλλθλότερα ςυςτιματα ςτθν Ελλάδα γιατί καλφπτουμε όλουσ τουσ μινεσ με αποτζλεςμα να ζχουμε όλον το χρόνο μεγάλθ απόδοςθ ιςχφοσ. 5.3 υςτήματα αποθήκευςησ ενζργειασ. Σχιμα 5.5: Μπαταρίεσ Οι ςυςτοιχίεσ ςυςςωρευτϊν αποτελοφν τθν πλζον κατάλλθλθ μζκοδο για αποκικευςθ ςχετικά μικρϊν ποςοτιτων ενζργειασ για μικροφσ οικιςμοφσ. Αποτελοφνται από γαλβανικά ςτοιχεία ςυνδεδεμζνα ςε ςειρά μετατρζποντασ τθ χθμικι ενζργεια ςε θλεκτρικι. Στα ενεργειακά αυτόνομα ςυςτιματα πρζπει να χρθςιμοποιοφνται μπαταρίεσ με μεγάλο αρικμό κφκλων φόρτο - εκφορτίςεων και μεγάλθσ χωρθτικότθτασ ςε αμπερϊρια (Ah). Στοιχεία που προςδιορίηουν το ςυςςωρευτι είναι θ ονομαςτικι τάςθ και θ χωρθτικότθτα. Διάφοροι τφποι ςυςςωρευτϊν είναι: Μόλυβδου-Κειικοφ οξζοσ (Pb-H 2 SO 4 ), Νικελίου-Καδμίου (Ni-Cd), Νικελίου-Σιδιρου (Ni-Fe), Λικίου μετάλλου (Li) και Νικελίου-Ψευδαργφρου (Ni-Zn) (Σχιμα 5.3). ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 105

106 Στθν ςυγκεκριμζνθ περίπτωςθ κα χρθςιμοποιιςουμε 6 τεμ. Μπαταρίεσ (212AH C20) AGM (βακιάσ εκφόρτιςθσ κλειςτοφ τφπου διάρκειασ ετϊν ηωισ) Όςον αφορά τα ςυςτήματα διαχείριςησ τησ ενζργειασ: Ο ελεγκτισ φόρτιςθσ ςυςςωρευτϊν ρυκμίηει τθ ροι του ρεφματοσ από τθν παράγωγι ενζργειασ (Α/Γ, Φ/Β, Θ/Η) προσ τισ μπαταρίεσ και διατθρεί τθν κανονικι κατάςταςθ φόρτιςθσ των ςυςςωρευτϊν. Πςο οι μπαταρίεσ πλθςιάηουν ςτθν πλιρθ φόρτιςι τουσ ο ρυκμιςτισ ελαττϊνει το ρεφμα φόρτιςθσ και εμποδίηει τθν υπερφόρτιςι τουσ. Σε περίπτωςθ πλιρουσ φόρτιςθσ των ςυςςωρευτϊν ο ελεγκτισ ζνα μζροσ τθσ ενζργειασ ςτζλνει ςε κάποιεσ αντιςτάςεισ για να καταναλωκεί. Σθμαντικά χαρακτθριςτικά ενόσ ρυκμιςτι φόρτιςθσ είναι: Θ χαμθλι τάςθ αποκοπισ. Είναι τιμι τάςθσ του ςυςςωρευτι που όταν πραγματοποιθκεί ο ρυκμιςτισ αποςυνδζει το κφκλωμα από το φορτίο προλαμβάνοντασ κάποια βλάβθ και ςυμβάλλοντασ ςτθν ςωςτι λειτουργία τθσ μπαταρίασ. Υψθλι τάςθ αποκοπισ. Είναι το άνω όριο τθσ τάςθσ που μπορεί να ζχει χωρίσ αρνθτικζσ ςυνζπειεσ ο ςυςςωρευτισ ενϊ ςε μεγαλφτερθ ι και ίςθ τιμι διακόπτεται θ ςφνδεςθ από τισ ενεργειακζσ πθγζσ εμποδίηοντασ τθν υπερφόρτιςθ. Διαρκισ τάςθ φόρτιςθσ. Είναι θ τάςθ με τθν οποία φορτίηονται οι ςυςςωρευτζσ. Επαναςφνδεςθ λειτουργίασ. Είναι θ τιμι τθσ τάςθσ όπου ξαναςυνδζεται το διακεκομμζνο κφκλωμα Ο αντιςτροφζασ DC-AC ςυνδζεται ςτθν ζξοδο των ςυςςωρευτϊν και εκτελεί τθν μετατροπι του ςυνεχοφσ ρεφματοσ ςε εναλλαςςόμενο. Συνικωσ θ τιμι εξόδου του μεταςχθματιςτι είναι τάςθ AC 220V και ςυχνότθτα 50 Hz χαρακτθριςτικά τζτοια ϊςτε να τροφοδοτοφνται οι οικιακζσ θλεκτρικζσ ςυςκευζσ. Θ μετατροπι γίνεται με ειδικά transistor ιςχφοσ, τα οποία φορζσ/λεπτό, «κλείνουν και ανοίγουν» το ςυνεχζσ ρεφμα και κατόπιν με τθ βοικεια ενόσ μεταςχθματιςτι μετατρζπεται ςτθν επικυμθτι τάςθ και ςυχνότθτα. Υπάρχουν διακζςιμοι τρεισ τφποι μεταςχθματιςτζσ. Οι τετραγωνικοί, οι τραπεηοειδείσ και οι θμιτονικοί και ο διαχωριςμόσ αυτόσ γίνεται ανάλογα τθν μορφι του ςιματοσ εξόδου κάκε inverter(σχιμα 5.5). ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 106

107 Σχιμα 5.6: inverter Τον αντιςτροφζασ που κα χρθςιμοποιιςουμε 1 τεμ. inverter κακαροφ θμιτόνου 2000 WATT (1750VA) ρεφμα εκκίνθςθσ ιςχφοσ 4000 WATT υψθλισ αξιοπιςτίασ Το ςφςτθμα ελζγχου ζχει ωσ ςκοπό τθν βελτίωςθ του βακμοφ απόδοςθσ του ενεργειακοφ ςυςτιματοσ με τθν μεγιςτοποίθςθ τθσ παραγωγισ ενζργειασ. Ωσ ςφςτθμα ελζγχου κεωρείται το ςφςτθμα προςανεμιςμοφ τθσ Α/Γ, το ςφςτθμα tracker των Φ/Β, το ςφςτθμα βελτίωςθσ ςυνφ του Θ/Η.(αν χρθςιμοποιθκεί, ςτθν ςυγκεκριμζνθ περίπτωςθ δεν χρθςιμοποιοφμε). 5.4 Σο ςφςτημα αποτελείται από τα εξήσ: Συνοψίηουμε τα παραπάνω: ΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ελίδα 107