Course: Renewable Energy Sources

Course: Renewable Energy Sources Interdisciplinary programme of postgraduate studies Environment & Development, National Technical University of Athens C.J. Koroneos (koroneos@aix.meng.auth.gr) G. Xydis (gxydis@gmail.com) Wind Energy

Αιολική Ενέργεια Γιώργος Ξύδης Μηχανολόγος Μηχανικός ΑΠΘ Υπ. Διδάκτορας ΕΜΠ Vector Αιολικά Πάρκα Ελλάδος A.E. Tel. 210 9592323 Email: gxydis@gmail.com

Εθνικός Στόχος για την Ελλάδα Σύμφωνα με την Οδηγία 77/2001 θα πρέπει η συμμετοχή των ΑΠΕ στη συνολικά καταναλισκόμενη ενέργεια στην Ε.Ε. να είναι της τάξης του 12%. Ενδεικτικές τιμές για κάθε κράτος από 5,7% (Λουξεμβούργο) έως 60% (Σουηδία) Για την Ελλάδα το ποσοστό αυτό ορίζεται σε 20,1%, δηλαδή το 20,1% της ενέργειας που θα καταναλώσουμε ως χώρα το 2010 θα πρέπει να προέρχεται από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Πιθανή κατανομή σε 7-8% (σήμερα 6-7%) από μεγάλα υδροηλεκτρικά (απαιτείται προσθήκη ~500 MW) και 12-13% από ΑΠΕ (απαιτείται προσθήκη ~2500 MW). Με τα σημερινά δεδομένα είναι πολύ δύσκολη η επίτευξη αυτού του στόχου

Παραγωγή ενέργειας από Α.Π.Ε a) b) c) d) e) f) Σύμφωνα με τον ορισμό του άρθρου 2 του Ν 2773/1999 όπως τροποποιήθηκε από τον Ν. 3468/2006, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από Α.Π.Ε, είναι η ηλεκτρική ενέργεια που προέρχεται από: Την εκμετάλλευση αιολικής ή ηλιακής ενέργειας ή βιομάζας ή βιοαερίου. Την εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας Την εκμετάλλευση ενέργειας από τη θάλασσα Την εκμετάλλευση υδάτινου δυναμικού με μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς ισχύος μέχρι 15 MWe Το συνδυασμό των ανωτέρω Τη συμπαραγωγή, με χρήση των πηγών ενέργειας, των (a), (b) και συνδυασμό τους.

Μηχανισμοί ενίσχυσης των ΑΠΕ Δύο ουσιαστικά είναι οι βασικές συνιστώσες των υποστηρικτικών μηχανισμών την περίοδο αυτήν στην Ελλάδα: η σταθερή τιμή αγοράς (feed-in) για την ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ η οποία συνδέεται απ ευθείας με την τιμή καταναλωτή ηλεκτρικής ενέργειας και η επιδότηση κεφαλαίου, παρέχοντας επιδότηση για επενδύσεις έργων ΑΠΕ μέσω του Αναπτυξιακού Νόμου (Νόμος 3299/04).

Ανεμογεννήτριες (1) Υπάρχουν πολλών ειδών Α/Γ, οι οποίες κατατάσσονται σε δύο βασικές κατηγορίες: Τις Α/Γ με οριζόντιο άξονα, των οποίων ο δρομέας είναι τύπου έλικας & στις οποίες ο άξονας μπορεί να περιστρέφεται ώστε να βρίσκεται παράλληλα προς τον άνεμο & τις Α/Γ με κατακόρυφο άξονα, ο οποίος και παραμένει σταθερός. Σήμερα στην παγκόσμια αγορά έχουν επικρατήσει οι Α/Γ οριζόντιου άξονα

Ανεμογεννήτριες (2) Μια ανεμογεννήτρια έχει τα εξής κύρια μέρη: Τον πύργο: Είναι κυλινδρικής μορφής κατασκευασμένος από χάλυβα και συνήθως αποτελείται από δύο ή περισσότερα συνδεδεμένα τμήματα. Τον θάλαμο που περιέχει τα μηχανικά υποσυστήματα (κύριος άξονας, σύστημα πέδησης, κιβώτιο ταχυτήτων και ηλεκτρογεννήτρια): Ο κύριος άξονας με το σύστημα πέδησης (υδραυλικά δισκόφρενα). Το κιβώτιο ταχυτήτων παρόμοιας κατασκευής με εκείνο του αυτοκινήτου Η ηλεκτρογεννήτρια είναι παρόμοια με αυτές που χρησιμοποιούνται από τη ΔΕΗ στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου ασφαλούς λειτουργίας. Αποτελούνται από ένα η περισσότερα υποσυστήματα μικροελεγκτών και «φροντίζουν» για την εύρυθμη και ασφαλή λειτουργία της ανεμογεννήτριας σε όλες τις συνθήκες. Τα πτερύγια είναι κατασκευασμένα από σύνθετα υλικά (υαλονήματα και ειδικές ρητίνες), παρόμοια με αυτά που κατασκευάζονται τα ιστιοπλοϊκά σκάφη (σχεδιασμένα για να αντέχουν σε μεγάλες καταπονήσεις).

Ανεμογεννήτριες (3)

Τύποι Ανεμογεννητριών (1) Enercon E 48 Vestas V90 Ονομ. ισχύς : 800 kw Ονομ. ισχύς: 3000 kw

Τύποι Ανεμογεννητριών (2) GE 2.5xl Ονομ. ισχύς : 2500 kw Enercon E 112 Ονομ. ισχύς : 6000 kw

Τύποι Ανεμογεννητριών (3) AAER A-2000 Nordex N 100 Mitsubishi MWT 1000 Ονομ. ισχύς : 2000 kw Ονομ. ισχύς : 2500 kw Ονομ. ισχύς : 1000 kw

Τύποι Ανεμογεννητριών (4) SUZLON S.88 2100 Ονομ. ισχύς : 2000 kw REpower 5M Ονομ. ισχύς : 5000 kw

Καμπύλες ισχύος kw ) Ισχύς( Ταχύτητα ανέμου (m /s) Ποσό ενέργειας του αέρα ανά τετραγωνική ροή αέρα που είναι δυνατό να συμβεί στην συγκεκριμένη περιοχή Ο νόμος του "Betz" λεει ότι είναι δυνατό μόνο να μετατραπεί το λιγότερο από 16/27 (ή 59%) της κινητικής ενέργειας του αέρα σε μηχανική ενέργεια χρησιμοποιώντας μία ανεμογεννήτρια. (47% - 49% λόγω των απωλειών - μηχανικές τριβές, στροβιλισμοί στον αέρα κ.α.)

Ταχύτητα & Ισχύς Ανέμου Η μηχανική ισχύς του κινούμενου αέρα είναι: ρ= Πυκνότητα του αέρα, kg/m3 V= Ταχύτητα του αέρα, m/sec A= Επιφάνεια που καλύπτουν τα πτερύγια της γεννήτριας, m2 Η ισχύς που απομαστεύεται από τα πτερύγια είναι: Η ισχύς που απομαστεύεται από τον άνεμο είναι μέγιστη όταν η ταχύτητα μετά τον ρότορα είναι το 1/3 της ταχύτητας πριν τον ρότορα. Η ανώτερη τιμή του Cp είναι 0.59 και ονομάζεται συντελεστής Betz

Αιολικά Πάρκα Αποτελούνται από: τον κύριο ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό ενός αιολικού πάρκου (Α/Γ, έργα οδοποιίας, υποσταθμούς ανύψωσης ΧΤ/ΜΤ, τον κεντρικό υποσταθμό ΜΤ και τον υποσταθμό ΥΤ) τον Κεντρικό Υποσταθμό ΜΤ τον Υποσταθμό ΜΤ/ΥΤ. τον Βοηθητικό και λοιπό Η/Μ εξοπλισμός (ηλεκτρικό δίκτυο ΜΤ και δίκτυο επικοινωνίας, Δίκτυο Υ.Τ., Εξοπλισμό οικίσκου ελέγχου, τηλεφωνικές γραμμές

Υποσταθμοί Γραμμές Μεταφοράς Τυπικός υποσταθμός ΥΤ Διπλή γραμμή ΜΤ

Αιολικά Πάρκα Συνοδά Έργα Έργα υποδομής Τα έργα υποδομής αφορούν κυρίως εργασίες μεταφοράς ηλ. ενέργειας & έργα πολιτικού μηχανικού. Τα έργα αυτά είναι : Εσωτερική οδοποιία Πλατείες γύρω από την κάθε ανεμογεννήτρια (0,8 έως 3,0 στρέμματα) Κεντρικός οικίσκος ελέγχου (50-120 μ.τ.) Κανάλι υπογείων καλωδίων

Μελέτες Αιολικού Επιλογή Θέσης (Κριτήρια Επιλογής): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Τοπογραφία Περιοχής Αιολικό Δυναμικό Περιβαλλοντικοί Περιορισμοί/Επεμβάσεις στον περιβάλλοντα χώρο Συνοδά Έργα Συσχέτιση του Έργου με άλλα έργα Οικονομικά στοιχεία έργου Γεωλογικές Μελέτες Χωροταξικός Σχεδιασμός-Χρήσεις Γης Ιστορικό και Πολιτιστικό Περιβάλλον Ακουστικό Περιβάλλον, Ακτινοβολίες, Οπτική Όχληση

Τοπογραφία Περιοχής Μορφολογικά και τοπιολογικά χαρακτηριστικά (Ανάγλυφο του εδάφους)

Τραχύτητα Εδάφους

Αιολικό Δυναμικό Το αιολικό δυναμικό στην περιοχή προσδιορίζεται με βάση μετρήσεις (μετερωρολογικός ιστός) οι οποίες διεξάγονται στην υπό εξέταση περιοχή για περισσότερα έτη του ενός. Μελετάται η ένταση του ανέμου, η διεύθυνσή του (κύρια & δεύτερη κύρια), η ένταση της τύρβης κ.α. Γενικά θα πρέπει η μορφολογία του εδάφους να μην επηρεάζει τον άνεμο ως προς την ένταση και την τύρβη στις θέσεις των Α/Γ, ενώ θα πρέπει οι Α/Γ να μη σκιάζουν η μία την άλλη κατά μήκος των κύριων διευθύνσεων του ανέμου. Αυτό μελετάται με ειδικά προγράμματα έτσι ώστε να έχουμε τέτοια παραγωγή σε ενέργεια, ώστε να είναι βιώσιμη η επένδυση στο έργο αυτό.

Μετερωρολογικός ιστός

Περιβαλλοντικοί Περιορισμοί/Επεμβάσεις στον περιβάλλοντα χώρο Σημαντικές Περιοχές για την προστασία της φύσης (Ειδικές Ζώνες Προστασίας (SPA), τόπους κοινοτικής σημασίας (SCI), οικότοποι προτεραιότητας, εγγύτητα σε μεταναστευτικούς διαδρόμους για πουλιά, καταφύγια άγριας ζωής, αποκατάσταση φυσικού περιβάλλοντος)

Περιοχές ειδικής προστασίας (ΖΟΕ, ΣΧΟΟΑΠ, ΓΠΣ), Αρχαιολογικές περιοχές και ιστορικούς τόπους (Ν. 3028/2002) Δάση και δασικές εκτάσεις (Ν. 998/1979 και 3208/03) Καταφύγια άγριας ζωής (Ν. 2637/1998) Αιγιαλό και όχθες ρεμάτων και εσωτερικών υδάτινων επιφανειών (Ν. 2971/2001 και 3468/2006), Περιοχές προστασίας της φύσης και του τοπίου των άρθρων 1821 Ν. 1650/1986 (Εθνικοι δρυμοί, Αισθητικά δάση, οικότοποι προτεραιότητας, ζώνες προστασίας των περιοχών Ramsar, περιοχές του δικτύου Natura 2000, ζώνες Ειδικής Προστασίας της Ορνιθοπανίδας (ΖΕΠ-SPA) και διάδρομοι μεταναστευτικών πουλιών, Τοπία Ιδιαίτερου Φυσικού Κάλλους, διατηρητέα μνημεία της φύσης).

Παράδειγμα Natura

Συνοδά Έργα Είναι έργα διάνοιξης νέας οδοποιίας, βελτίωση υφιστάμενης και έργα ηλεκτρικής διασύνδεσης με κατασκευή Υ/Σ και κατασκευή ΓΜ στην περιοχή του έργου προδιαγραφές των δρόμων (ομαλές κλίσεις οδοστρώματος, πλάτος οδοστρώματος, ακτίνα καμπυλότητας δρόμου) ηλεκτρική διασύνδεση (Υποσταθμός ΜΤ/ΥΤ, γραμμές μεταφοράς)

Συσχέτιση του Έργου με άλλα έργα

Οικονομικά στοιχεία έργου Ο προυπολογισμός ενός έργου 50 MW θα μπορούσε να είναι: Α/Α 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΔΑΠΑΝΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ ( ) 32.250.000 Α/Γ (25) ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΙΣΤΑ 4.500.000 9.750.000 ΕΡΓΑ ΠΟΛΙΤΙΚΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΠΥΡΓΩΝ Α/Γ 10.500.000 5.250.000 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Α/Γ ΕΙΔΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΣ & ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟΣ 7.500.000 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Α/Γ & ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΑΠ ΜΕΛΕΤΕΣ, ΕΠΙΒΛΕΨΗ, ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΡΓΩΝ 2.250.000 ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟΙ ΙΣΤΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΜ 150.000 ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΕΘΝΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ ΤΗΣ ΔΕΗ 3.000.000 ΣΥΝΟΛΟ 75.000.000 Eπιτόκιο προεξόφλιση κεφαλαιών NPV (Παρούσα αξία) Initial Inv Cost (αρχικό κόστος επένδυσης) Διαφορά IRR Περίοδος αποπληρωμής 6.12% 60166953 14962500 45204453 20.06% 6

Γεωλογικές Μελέτες (1) Για την κατασκευή των θεμελίων, κατά την εκσκαφή για την θεμελίωση των Α/Γ θα εκπονηθούν γεωτεχνικές μελέτες στη θέση εγκατάστασης της κάθε ανεμογεννήτριας που θα περιλαμβάνει μία δειγματοληπτική γεώτρηση στο κέντρο του θεμελίου («καρότο»), δοκιμαστικές διατρήσεις βάθους 20 μέτρων κατ' ελάχιστον σε κατάλληλα σημεία της επιφανείας του πέδιλου. Από τα αποτελέσματα της γεωλογικής έρευνας θα καθοριστεί ο τελικός σχεδιασμός του θεμελίου μετά την εκπόνηση των στατικών μελετών, ανάλογα με την φέρουσα ικανότητα του εδάφους θεμελίωσης.

Γεωλογικές Μελέτες (2)

Χωροταξικός Σχεδιασμός-Χρήσεις Γης Οι επιπτώσεις αφορούν στο τρόπο που το αιολικό πάρκο επιδρά στο χωροταξικό, πολεοδομικό και οικιστικό περιβάλλον της περιοχής. Οι μεταβολές αξιολογούνται ως θετικές ή αρνητικές όταν έρχονται σε αντίθεση με υφιστάμενες ή προγραμματισμένες χρήσεις γης ή με χρήσεις που έχουν αναπτύξει ένα χωροταξικό προορισμό. Η συνολική πραγματική κάλυψη/παρέμβαση είναι ελάχιστη. Αν και οι εκτάσεις που καταλαμβάνονται από αιολικά πάρκα είναι ως επί το πλείστον περιοχές χαμηλής βλάστησης που χρησιμοποιούνται ως βοσκότοποι ή αποτελούν δασικές εκτάσεις, η εγκατάσταση ενός αιολικού πάρκου μπορεί να έχει αρνητικά αποτελέσματα μόνο αν κάποιες μεμονωμένες ανεμογεννήτριες καταστρέψουν συγκεκριμένους εντοπισμένους οικοτόπους ιδιαίτερης αξίας.

Χρήσεις Γης

Διοικητική Υπαγωγή

Ιστορικό και Πολιτιστικό Περιβάλλον Η τοποθέτηση των ανεμογεννητριών αποφεύγεται στην περίμετρο περιοχών με αξιοσημείωτη θέα, περιοχές με πολιτιστικό, ιστορικό ενδιαφέρον (αρχαιολογικοί χώροι και ιστορικοί τόποι, μνημεία, μοναστήρια και παραδοσιακοί οικισμοί). Το Α/Π θα πρέπει να βρίσκεται σε απόσταση από τις περιοχές αυτές ανάλογα με τη σημασία της περιοχής

Ακουστικό Περιβάλλον, Ακτινοβολίες, Οπτική Όχληση (1) Οπτική Όχληση (1) Η οπτική όχληση επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου χώρου εγκατάστασης και εξαρτάται από ένα αριθμό παραγόντων, τόσο υποκειμενικών, όσο και αντικειμενικών: 1. Αντικειμενικοί a) το φυσικό μέγεθος και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των Α/Γ (μεγάλες κατασκευές που εκτείνονται καθ ύψος) b) ο αριθμός και η διάταξη των ανεμογεννητριών (μεγάλο μήκος ανάπτυξης ενός αιολικού πάρκου) c) ο χαρακτήρας και η αξία του τοπίου d) η πυκνότητα του τοπικού πληθυσμού μέσα στη ζώνη της οπτικής επιρροής του αιολικού πάρκου e) η απόσταση των Α/Γ από τον παρατηρητή f) ο αριθμός των επισκεπτών της γύρω περιοχής

Ακουστικό Περιβάλλον, Ακτινοβολίες, Οπτική Όχληση (2) Οπτική Όχληση (2) 2. Υποκειμενικοί 1. 2. 3. η στάση των ατόμων όσον αφορά στο τοπίο και το φυσικό κάλλος (η αντίληψη των ατόμων για το υπάρχον επίπεδο της οπτικής καλαισθησίας) η στάση των ατόμων ως προς την αιολική ενέργεια η στάθμιση της τοπικής επίπτωσης σε σχέση με το υπερτοπικό συμφέρον

Ακουστικό Περιβάλλον, Ακτινοβολίες, Οπτική Όχληση (3) Πηγές & χαρακτηριστικά θορύβου. Ο θόρυβος που σχετίζεται με την αιολική ενέργεια έχει αντιμετωπισθεί από τη σύγχρονη τεχνολογία και μπορεί εύκολα να προβλεφθεί, να εκτιμηθεί και να ελεγχθεί με τα κατάλληλα προληπτικά ή επανορθωτικά μέτρα. Θόρυβος παράγεται: κατά τη μεταφορά και εγκατάσταση των ανεμογεννητριών, κατά τη λειτουργία των ανεμογεννητριών και τέλος, κατά την διαδικασία απεγκατάστασης - αποσυναρμολόγησης και μεταφοράς διάθεσης των ανεμογεννητριών με το πέρας λειτουργίας τους.

Ακουστικό Περιβάλλον, Ακτινοβολίες, Οπτική Όχληση (4) Χάρτης οπτικής όχλησης & Χάρτης ισοθορυβικών καμπυλών

Οπτικές

Χάρτες Τ1 & Τ2

Σχέδια DR1, DR2 DR1. Τομή Α/Γ DR2. Σχέδιο βάσης & Service Area

Μονογραμμικό Διάγραμμα (DR3)

Χάρτης ΜΑΣΜ

Κατάθεση έργων στη ΡΑΕ Πώς γίνεται η αξιολόγηση; ΟΔΗΓΟΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΤΗΣ ΡΑΕ 1ο Στάδιο : Μηχανογράφηση, αντιρρήσεις, κλπ. 2ο Στάδιο : Απόρριψη των εμφανώς ανέτοιμων προτάσεων 3ο Στάδιο : Έγκριση των λίγων προτάσεων που σαφώς υπερέχουν και μπορούν άμεσα να γίνουν δεκτές από το υπάρχον σύστημα 4ο Στάδιο : Υποδείξεις για βελτίωση προτάσεων 5ο Στάδιο : Μελέτη ολοκληρωμένων λύσεων για μεγάλες γεωγραφικές περιοχές και έγκριση των καλύτερων προτάσεων

Αδειοδοτική διαδικασία 1ο στάδιο Άδεια Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας (1) Αιτήσεις για χορήγηση άδειας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (Αξιολόγηση κάθε αίτησης) Διαβίβαση της Π.Π.Ε.Α. στην αρμόδια υπηρεσία Συλλογή γνωμοδοτήσεων και εγκρίσεων από συναρμόδιους φορείς

Αδειοδοτική διαδικασία 1ο στάδιο Άδεια Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας (2) με τη γνώμη επί της Π.Π.Ε.Α. Γνωμοδότηση Άδεια Παραγωγής

Αδειοδοτική Διαδικασία-2ο στάδιο Άδεια Εγκατάστασης Αιτήσεις για χορήγηση άδειας εγκατάστασης (Μετά τη λήψη άδειας Παραγωγής) Συλλογή γνωμοδοτήσεων και εγκρίσεων στο πλαίσιο έκδοσης της Ε.Π.Ο. Χορήγηση άδειας εγκατάστασης

Αδειοδοτική Διαδικασία-3ο στάδιο Άδεια Λειτουργίας Αιτήσεις για χορήγηση άδειας λειτουργίας (Μετά την ολοκλήρωση κατασκευής του σταθμού) Χορήγηση άδειας λειτουργίας

Αιτήσεις στις 11 Ιουνίου 2007

Προβληματισμοί και Συμπεράσματα Αρκετά έργα ΑΠΕ (κυρίως αιολικά) βρίσκονται σε προχωρημένο στάδιο αδειοδότησης. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με την πρόβλεψη του ν. 3468/2006 (αρθ.3, παρ.4) περί ανάκλησης άδειας παραγωγής αν εντός 2 ετών δεν έχει χορηγηθεί Άδεια Εγκατάστασης δημιουργεί την προσδοκία ότι ο ρυθμός εγκατάστασης των έργων ΑΠΕ θα επιταχυνθεί στο αμέσως επόμενο χρονικό διάστημα. Θεωρώντας ότι το μεγαλύτερο ποσοστό των ώριμων αδειοδοτικά έργων θα λειτουργήσουν τα επόμενα 3-4 χρόνια, φαίνεται ότι ο στόχος του 20,1% είναι εφικτό να ικανοποιηθεί με μια μικρή χρονική υστέρηση σε σχέση με το στόχο του 2010 (1 2 χρόνια). Το μέγεθος των αναγκών σε εξοπλισμό για τα υπό εγκατάσταση έργα δημιουργεί τις προϋποθέσεις για την ανάπτυξη σχετικής εθνικής βιομηχανίας

Ευχαριστώ Γιώργος Ξύδης Μηχανολόγος Μηχανικός ΑΠΘ Υπ. Διδάκτορας ΕΜΠ Vector Αιολικά Πάρκα Ελλάδος A.E. Tel. 210 9592323 Email: gxydis@gmail.com