Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας

Σχετικά έγγραφα
Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Ήπιες Μορφές Ενέργειας

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Ενότητα 3: Πολλαπλή Παλινδρόμηση. Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Λογιστική Κόστους Ενότητα 10: Ασκήσεις Προτύπου Κόστους Αποκλίσεων.

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογιστική Κόστους Ενότητα 9: Πρότυπο κόστος

ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΗΜΑΤΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Βάσεις Δεδομένων. Ενότητα 1: Εισαγωγή στις Βάσεις δεδομένων. Πασχαλίδης Δημοσθένης Τμήμα Ιερατικών σπουδών

Λογιστική Κόστους. Ενότητα 4: ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ - ΦΥΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ. Μαυρίδης Δημήτριος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI. Ενότητα 6: Εισαγωγή στους ασύγχρονους κινητήρες Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 7: Ουρά Μ/Μ/1. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI. Ενότητα 10: Ροπή κινητήρα Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Ενότητα 1: Εκτιμητές και Ιδιότητες. Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Διοικητική Λογιστική

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων Ενότητα 1: Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΠΩΛΗΣΕΩΝ ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΤΗΣ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗΣ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 1: Βασικές Έννοιες Ηλεκτροτεχία Ηλεκτρονική. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 2: Αιωρούμενα σωματίδια & Απόδοση συλλογής Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα Τμήμα Μηχανικών

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 4: Πηγές Δεδομένων- Δευτερογενή Στοιχεία. Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 3: Στοχαστικές Ανελίξεις. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 2: Ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων Ενότητα 8: ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ ΠΩΛΗΤΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 9: Ανέλιξη Γέννησης - Θανάτου. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 η : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Διοίκηση Επιχειρήσεων

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 5: Ανάλυση της Διακύμανσης. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 5: Ανέλιξη Poisson. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 4: Αλυσίδες Markov. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Ιστορία της μετάφρασης

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΑ ΣΧΕΔΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Στατιστική Ι. Ενότητα 3: Στατιστική Ι (3/4) Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Κοζάνη)

Λογιστική Κόστους Ενότητα 7: Κοστολογική διάρθρωση Κέντρα Κόστους.

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Διοικητική Λογιστική

Συστήματα Αναμονής. Ενότητα 2: Τυχαίες Μεταβλητές. Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 3: Θεώρημα των Gauss Markov. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Kruskal

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI. Ενότητα 8: Αρχή λειτουργίας Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Στατιστική Ι. Ενότητα 2: Στατιστική Ι (2/4) Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Κοζάνη)

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών. Ενότητα 11: ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ 2 Λοΐζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση Αγροτικής Οικονομίας

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 2: Ανάλυση Παλινδρόμησης. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΙΙ. Ενότητα 2: ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΙΙ (2/4). Επίκ. Καθηγητής Κοντέος Γεώργιος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Αντικειμενοστρεφής Προγραμματισμός Ενότητα 5: Κληρονομικότητα. Επικ. Καθηγητής Συνδουκάς Δημήτριος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Λογιστική Κόστους Ενότητα 5: Προορισμός Κόστους

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Μηχανές Πλοίου ΙΙ (Ε)

Transcript:

Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας Ενότητα: Παραγωγή ενέργεια αναμογεννήτριας οριζόντιου άξονα Ταουσανίδης Νίκος Τμήμα ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 1

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 2

Περιεχόμενα 1. Σκοποί ενότητας... 4 2. Περιεχόμενα ενότητας... 4 3. Εισαγωγή... 4 4. Προσδιορισμός παραγόμενης ενέργειας... 5 4.1 Επίδραση ύψους τοποθέτησης στην παραγωγή ενέργειας... 7 4.2 Επίδραση τεχνικής διαθεσιμότητας στην ενεργειακή παραγωγή... 8 4.3 Πρακτικά Κριτήρια Επιλογής Αιολικών Μηχανών... 8 5. Πειραματική εγκατάσταση... 9 6. Σκοπός της Εφαρμογής... 9 6.1 Περιγραφή του Πειράματος... 9 6.2 Επεξεργασία πειραματικών μετρήσεων... 10 7. Βιβλιογραφία... 12 8. Παράρτημα... 12 Περιεχόμενα Πινάκων Πίνακας 1: Δεδομένα άσκησης.... 9 Πίνακας 2: Μετρήσεων και καταγραφής.... 12 Πίνακας 3: Δεδομένα.... 12 Περιεχόμενα Σχημάτων Σχήμα 1: Αεροδυναμική Συμπεριφορά Διαφόρων Τύπων α/γ.... 5 Σχήμα 2:Τυπική Μορφή Καταγεγραμμένων Αποτελεσμάτων... 5 Σχήμα 3:Πειραματική Καμπύλη Αεροδυναμικού Βαθμού Απόδοσης της Πτερωτής. 10 Σχήμα 4:Διάγραμμα (κατασκευαστή) Αποδιδόμενης Ισχύος-Ταχύτητας ανέμου.... 11 3

1. Σκοποί ενότητας Εκτίμηση παραγόμενης ενέργειας από ανεμογεννήτρια οριζόντιου άξονα 2. Περιεχόμενα ενότητας Παραγόμενη ισχύς ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα. Εκτίμηση ετήσιας παραγόμενης ενέργειας από ανεμογεννήτρια οριζόντιου άξονα. 3. Εισαγωγή Τα πτερύγια του δρομέα μιας α/γ δεσμεύουν ένα ποσοστό της ανά μονάδα χρόνου κινητικής ενέργειας του ανέμου: N 1 D V 2 4 2 3 (1) (όπου "D" η διάμετρος της πτερωτής, "ρ" και "V" η πυκνότητα και η ταχύτητα του ανέμου αντίστοιχα) και το μετατρέπουν σε μηχανικό έργο (στρεπτική ροπή) χαμηλής ταχύτητας στον κύριο άξονα της εγκατάστασης. Μέσω του κιβωτίου μετάδοσης το μηχανικό έργο μετατρέπεται σε στρεπτική ροπή υψηλής ταχύτητας, που μετασχηματίζεται κατά κανόνα μέσω της ηλεκτρικής γεννήτριας της εγκατάστασης σε ηλεκτρική ισχύ. Η τελική ισχύς εξόδου της εγκατάστασης ισούται με: 1 2 3 Nex Cp D V 2 4 (2) όπου με "Cp" περιγράφουμε τον αεροδυναμικό βαθμό απόδοσης της πτερωτής, ενώ με "η" συμβολίζουμε τον ηλεκτρομηχανολογικό βαθμό απόδοσης της εγκατάστασης. Από το σχεδιασμό της πτερωτής των υφιστάμενων α/γ το "Cp" εκφράζεται σαν συνάρτηση του λόγου ταχύτητας ακροπτερυγίου "λ" (σχήμα [1]), όπου: Dn 60V (3) n ο αριθμός στροφών του δρομέα (rpm). και συνεπώς: Cp=Cp(λ) (4) 4

Σχήμα 1: Αεροδυναμική Συμπεριφορά Διαφόρων Τύπων α/γ. Πηγή: Καλδέλλης (2005). Από τη σχέση (2), προκύπτει η καμπύλη λειτουργίας της α/γ στη μορφή N = N(V). Για τον ακριβή προσδιορισμό της καμπύλης λειτουργίας μιας α/γ ακολουθούνται συγκεκριμένες πρότυπες διαδικασίες. Συνοπτικά η διαδικασία πιστοποίησης της καμπύλης λειτουργίας ενός τύπου α/γ περιλαμβάνει εξωτερικές δοκιμές του πρωτοτύπου σε επιλεγμένες εγκαταστάσεις των εταιρειών πιστοποίησης, όπου η α/γ λειτουργεί για προκαθορισμένες ώρες λειτουργίας κάτω από λεπτομερώς μετρούμενες συνθήκες περιβάλλοντος, ταχύτητας ανέμου και τοπογραφικού ανάγλυφου. Τυπική μορφή των συλλεχθέντων αποτελεσμάτων δίνεται στο σχήμα [2]. Σχήμα 2:Τυπική Μορφή Καταγεγραμμένων Αποτελεσμάτων. Πηγή: Καλδέλλης (2005). 4. Προσδιορισμός παραγόμενης ενέργειας 5

Η διαδικασία προσδιορισμού της ετήσιας ενεργειακής παραγωγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε απολογιστικά στο τέλος μιας χρονικής περιόδου, (για έλεγχο της σωστής λειτουργίας της εγκατάστασης) είτε προϋπολογιστικά για την εκτίμηση της αναμενόμενης ενεργειακής συγκομιδής. Στην πρώτη περίπτωση, χρησιμοποιώντας τις καταγεγραμμένες τιμές (χρονοσειρές) της ταχύτητας του ανέμου, των μετεωρολογικών συνθηκών (εκτίμηση πυκνότητας αέρα), της τεχνικής διαθεσιμότητας της εγκατάστασης (λειτουργία ή μη λειτουργία) καθώς και τα στοιχεία της καμπύλης ισχύος του κατασκευαστή της χρησιμοποιούμενης μηχανής, είναι δυνατή η εκτίμηση της αναμενόμενης ενεργειακής παραγωγής της εγκατάστασης στο χρονικό διάστημα (t0, t0+δt) σαν: t t0 t E t t N V tdt 1.2215 t0 (5) όπου "1.2215" η πυκνότητα του αέρα (kg/m3) σε τυπικές συνθήκες περιβάλλοντος (θ=15 C και p=1.0135bar) στις οποίες δίνεται η καμπύλη N(V) από τον κατασκευαστή της α/γ. Αντίστοιχα η συνάρτηση του "Kronecker" δ(t) παίρνει αποκλειστικά τις τιμές δ(t)=1.0 για λειτουργία και δ(t)=0.0 για μη λειτουργία λόγω τεχνικών προβλημάτων της μηχανής. Η υπολογισθείσα ενεργειακή παραγωγή από την εξίσωση (5) συγκρίνεται με την πραγματοποιηθείσα τη χρονική περίοδο "Δt" και προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα για τη "σωστή" λειτουργία της εγκατάστασης. Στη δεύτερη τώρα περίπτωση, η ετήσια ενεργειακή παραγωγή για χρονικό διάστημα "Δt", εκτιμάται λαμβάνοντας υπόψη την καμπύλη πυκνότητας πιθανότητας "f(v)" του αιολικού δυναμικού της περιοχής (στο υπόψη χρονικό διάστημα) και την καμπύλη ισχύος του κατασκευαστή. Παράλληλα, απαιτείται η εκτίμηση μιας ρεαλιστικής πρόβλεψης του μέσου συντελεστή τεχνικής διαθεσιμότητας της εγκατάστασης "Δ" στο αντίστοιχο χρονικό διάστημα. Στην περίπτωση αυτή θα ισχύει: E(Δt) = N 0*ω*Δ*(Δt) (6) όπου ο μέσος συντελεστής ισχύος της εγκατάστασης δίνεται σαν: 0 N V N f V dv VF 0 VC 0 N V N f V dv (7) και παίρνει συνήθως τιμές μεταξύ του 0.2 και του 0.6, χωρίς να αποκλείονται αριθμητικά μικρότερες ή μεγαλύτερες τιμές. Συχνά στη διεθνή βιβλιογραφία το γινόμενο "ω Δ" αποδίδεται με τον όρο "capacity factor", δηλαδή συντελεστής φορτίου (ισχύος) της εγκατάστασης: CF = Δ ω (8) Με τη βοήθεια του μέσου συντελεστή ισχύος, η τυχαία α/γ ονομαστικής ισχύος "Ν0" μπορεί να εξομοιωθεί με μηχανή συνεχούς ισχύος (ω Ν0) για την περίπτωση μέσων 6

ενεργειακών υπολογισμών. Βασική επιδίωξη του υποψήφιου επενδυτή στον τομέα των αιολικών εφαρμογών είναι η επιλογή εκείνης της εμπορικής μηχανής, η οποία με δεδομένο το διαθέσιμο τοπικό αιολικό δυναμικό μεγιστοποιεί την ετήσια παραγωγή ενέργειας. Η σωστή συνεργασία τοπικού αιολικού δυναμικού και χαρακτηριστικών λειτουργίας της υποψήφιας α/γ οδηγεί σε σημαντική βελτίωση της ετήσιας παραγόμενης ενέργειας και τελικά στην ελαχιστοποίηση (μέχρι υποδιπλασιασμό) του χρόνου απόσβεσης της προτεινόμενης επένδυσης. 4.1 Επίδραση ύψους τοποθέτησης στην παραγωγή ενέργειας Το ύψος τοποθέτησης αφενός και η συγκεκριμένη θέση θεμελίωσης μιας α/γ αφ' ετέρου είναι δύο επίσης βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ενεργειακή απόδοση μιας εγκατάστασης, καθώς επηρεάζουν την ταχύτητα του ανέμου (προηγούμενη άσκηση). Στην απλουστευμένη περίπτωση που υιοθετείται η εκθετική αναλυτική σχέση περιγραφής της ταχύτητας εντός του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος (πάχους "δ"), δηλαδή: z V V0 z 0 a z δ V V u 0 z0 a z δ (9) είναι δυνατή η εκτίμηση της ενεργειακής παραγωγής μιας εγκατάστασης σαν συνάρτηση του ύψους και των χαρακτηριστικών του τοπικού οριακού στρώματος (π.χ. του συντελεστή τραχύτητας "a"), δηλαδή ισχύει: E = E(z,a,δ) (10) Φυσικά, για την επιλογή του ύψους τοποθέτησης μιας α/γ θα πρέπει να συνυπολογισθούν τόσο τα ύψη των πύργων τοποθέτησης των μηχανών που διαθέτει η κάθε κατασκευάστρια εταιρεία, όσο και τυχόν τοπικοί περιορισμοί που συνδέονται με τη χωροθέτηση μιας ή περισσοτέρων μηχανών σε δεδομένο οικόπεδο. Μια εξίσου σημαντική παράμετρος, που επηρεάζει το ύψος τοποθέτησης μιας α/γ, αποτελεί και η αύξηση του κόστους εγκατάστασης αυξανομένου του ύψους του πύργου της κατασκευής. Αναφερόμενοι τώρα στη διαδικασία αναγωγής της πειραματικής πυκνότητας πιθανότητας από τυχαίο ύψος "zo" σε νέο ύψος "z" και κάνοντας χρήση της εκθετικής κατανομής ταχύτητας του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος, η πυκνότητα πιθανότητας στο νέο ύψος "z" προκύπτει ότι: V V z f f f b a z z0 z0 V z b V a 0 a (11) 7

4.2 Επίδραση τεχνικής διαθεσιμότητας στην ενεργειακή παραγωγή Ένας επίσης καθοριστικός, ιδιαίτερα για το επενδυτικό περιβάλλον της χώρας μας, παράγοντας της ενεργειακής παραγωγής ενός αιολικού πάρκου είναι και η τεχνική διαθεσιμότητα της εγκατάστασης. Η τεχνική διαθεσιμότητα μιας εγκατάστασης δεν συνδέεται άμεσα με το διαθέσιμο αιολικό δυναμικό της περιοχής, εκφράζει δε την ικανότητα ασφαλούς λειτουργίας της εγκατάστασης από τεχνικής σκοπιάς. Φυσικά η εμφάνιση ισχυρής έντασης ανέμων αυξάνει την πιθανότητα βλάβης των εγκαταστάσεων και κυρίως εμποδίζει τη γρήγορη και αποτελεσματική αποκατάσταση πιθανών βλαβών. Επιπλέον, σε νησιωτικά περιβάλλοντα, η επιδείνωση των καιρικών συνθηκών καθυστερεί τη μετάβαση των εξειδικευμένων συνεργείων συντήρησης. Να σημειωθεί ότι μια αιολική εγκατάσταση δεν είναι τεχνικά διαθέσιμη, ακόμα και αν φυσούν άνεμοι ικανής έντασης, σε περιπτώσεις τυχαίων βλαβών, προγραμματισμένης συντήρησης, λειτουργίας μηχανισμών αυτοπροστασίας αλλά και αδυναμίας του τοπικού ηλεκτρικού δικτύου να απορροφήσει την αποδιδόμενη ενέργεια. Ιδιαίτερα στην τελευταία περίπτωση, εξαιρουμένων των περιπτώσεων παραγωγής κακής ποιότητας ηλεκτρικής ενέργειας από το αιολικό πάρκο, η αδυναμία απορρόφησης της παραγόμενης αιολικής ενέργειας δεν οφείλεται σε τεχνική αδυναμία των αιολικών μηχανών αλλά σε ιδιομορφίες και στην όχι άριστη διαχείριση του τοπικού ηλεκτρικού δικτύου. Το γεγονός αυτό, αποτελεί πρόβλημα αιχμής για τα μικρά ασθενή νησιωτικά δίκτυα και θέτει φραγμούς στην αξιόλογη διείσδυση της αιολικής ενέργειας στο εγχώριο ηλεκτρικό ισοζύγιο. 4.3 Πρακτικά Κριτήρια Επιλογής Αιολικών Μηχανών Για την επιλογή των κατάλληλων αιολικών μηχανών για την υλοποίηση ενός αιολικού πάρκου, πέρα από τη σημαντική παράμετρο της ετήσιας ενεργειακής παραγωγής με βάση το υπάρχον αιολικό δυναμικό της περιοχής, που εξετάστηκε με λεπτομέρεια στην παρούσα εφαρμογή, κρίνεται σκόπιμο να εξεταστούν και παράγοντες όπως: το κόστος αγοράς και εγκατάστασης του συγκεκριμένου τύπου της μηχανής η συνολικά εγκατεστημένη ισχύς (μερίδιο αγοράς) και ο συνολικός αριθμός των εγκατεστημένων μηχανών της κατασκευάστριας εταιρείας. η εμπορικότητα του συγκεκριμένου μοντέλου "και η αξιοπιστία του σε συνάρτηση με το χρόνο. η χώρα προέλευσης, ο επίσημος φορέας πιστοποίησης και έγκρισης του μοντέλου. η ύπαρξη ή όχι επίσημου αντιπροσώπου στην Ελλάδα για την υποστήριξη των μηχανών. η υποστήριξη της μηχανής μετά την πώληση της (after sale service) που αναφέρεται στην εγγύηση καλής λειτουργίας των μηχανών, σε παροχή ανταλλακτικών κ.λπ. ορισμένα τεχνικά στοιχεία της μηχανής (π.χ. διάμετρος πτερωτής, ύψος τοποθέτησης, συμβατότητα με το τοπικό ηλεκτρικό δίκτυο κ.λπ.) που αφορούν την εγκατάσταση, ανέγερση και λειτουργία των α/γ στην επιλεχθείσα 8

θέση η καταλληλότητα του συγκεκριμένου τύπου α/γ στις υφιστάμενες κλιματολογικές συνθήκες. η περιβαλλοντική συμβατότητα της μηχανής (πύργος-πτερωτήυπερκατασκευή) με τα τοπικά οικοσυστήματα, δηλ. οπτικοαισθητική ενσωμάτωση, περιορισμένες ηχητικές εκπομπές κ.λπ. Όπως είναι κατανοητό η διαδικασία επιλογής της καταλληλότερης α/γ είναι ιδιαίτερα πολυσύνθετη, απαιτεί εμπεριστατωμένη έρευνα αγοράς και μελέτη, διάθεση σημαντικού χρόνου και γνώση των προϊόντων που κυκλοφορούν στη διεθνή αγορά, ενώ σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να ολοκληρώνεται βιαστικά με κυρίαρχο ή μοναδικό κριτήριο το κόστος αγοράς των υποψήφιων α/γ. 5. Πειραματική εγκατάσταση Η ανεμογεννήτρια Whisper 3000, εγκαταστάθηκε στο Εργαστήριο Ήπιων Μορφών Ενέργειας το 1995 για εκπαιδευτικούς λόγους από την εταιρεία "WINDSOL". Ο χρησιμοποιούμενος δρομέας της α/γ είναι οριζοντίου άξονα με τρία πτερύγια (120 ), διαμέτρου 4400mm. Αναλυτικά τα στοιχεία της Α/Γ δίνονται στον παρακάτω πίνακα: ΠΤΕΡΥΓΙΑ 3 από Carbon/Fiberglass ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΠΤΕΡΩΤΗΣ 4.4m (14.4 ft) Blade tip to tower center 54 cm (21 in) Μέγιστη διάμετρος πύργου στη θέση 25 cm (10 in) blade tip Ελάχιστο blade tip to tower clearance 41 cm (16 in) Βάρος κορυφής πύργου 70 kg (170 lb) Lateral Thrust 3000 N (700 lb) RPM στην ονομ.ισχύ (με caps) 570 Πόλοι/50hz rpm/60hz/rpm 16/375/450 Ταχύτητα εκκίνησης Α/Γ 3 m/s (7 mph) Ονομαστική ισχύ (11 m/s, 25 mph) 3000 Watts Πίνακας 1: Δεδομένα άσκησης. Πηγή: Διδάσκων (2015). 6. Σκοπός της Εφαρμογής Σκοπός της παρούσας εργαστηριακής εφαρμογής είναι η εξοικείωση με θέματα λειτουργίας μιας πειραματικής α/γ και στη συνέχεια η πρόβλεψη της λειτουργικής συμπεριφοράς μιας εμπορικής α/γ σε πρακτικές εφαρμογές. Παράλληλα, επιχειρείται η σύγκριση της υπολογισμένης, βάσει των πειραματικών μετρήσεων κατανομής ισχύος, με την καμπύλη λειτουργίας του κατασκευαστή, για διάφορες καιρικές συνθήκες. Τέλος, υπολογίζεται το ποσό της αιολικής ενέργειας που αποθηκεύεται σε συστοιχία συσσωρευτών, στα πλαίσια προσομοίωσης της συμπεριφοράς αυτόνομης αιολικής εγκατάστασης καθώς ανεμογεννήτριες μικρής ισχύος (100W 10kW) χρησιμοποιούνται με επιτυχία για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών σημαντικού αριθμού απομονωμένων καταναλωτών. 6.1 Περιγραφή του Πειράματος 9

Στην άσκησή μας θα χρησιμοποιήσουμε τη χρονοσειρά μετρήσεων ταχύτητας ανέμου "V" της προηγούμενης άσκησης, ενώ ταυτόχρονα (με αντίστοιχη καταγραφή μέσω στροφομέτρου) θα δημιουργήσουμε και μία χρονοσειρά των στροφών του άξονα της α/γ "n". Επιπλέον ο κατασκευαστής έχει προμηθεύσει την καμπύλη του αεροδυναμικού βαθμού απόδοσης πτερωτής Cp= Cp(λ), σχήμα [3], καθώς και την καμπύλη αποδιδόμενης ισχύος-ταχύτητας περιστροφής με παράμετρο την ταχύτητα του ανέμου του μελετητικού τμήματος της εταιρείας, σχήμα [4]. Σχήμα 3:Πειραματική Καμπύλη Αεροδυναμικού Βαθμού Απόδοσης της Πτερωτής. Πηγή: WHISPER (1995). 6.2 Επεξεργασία πειραματικών μετρήσεων α. Υπολογισμός της παραμέτρου περιστροφής "λ" βάσει των "n" και "V". β. Να υπολογισθούν και να δοθούν γραφικά (με διακριτά σημεία) οι τιμές του αεροδυναμικού συντελεστή απόδοσης της πτερωτής της α/γ συναρτήσει των τιμών της παραμέτρου περιστροφής. Ακολούθως να συγκριθούν τα αποτελέσματα των μετρήσεων με τη χαρακτηριστική λειτουργίας (Cp-λ) σχήμα [3] του κατασκευαστή της μηχανής. Πώς κρίνονται τα αποτελέσματα της σύγκρισης αυτής; Η τυπική εξίσωση Cp = Cp(λ), περιγράφεται από τη σχέση: Cp =0.00312 λ 3-0.08258 λ 2 +0.64446 λ-1.13723 (12) γ. Να υπολογισθεί η παραγόμενη ισχύς από την α/γ και να δοθεί γραφικά η κατανομή της συναρτήσει της καμπύλης ισχύος N=N(V) του κατασκευαστή, σχήμα [4]. 10

Σχήμα 4: Διάγραμμα (κατασκευαστή) Αποδιδόμενης Ισχύος-Ταχύτητας ανέμου. Πηγή: WHISPER (1995). δ. Εύρεση των αντίστοιχων τιμών μακροχρόνιας μέσης τιμής πυκνότητας πιθανότητας (βάσει υφιστάμενων μετρήσεων) στα 10m (όπου δίνονται και οι πειραματικές μετρήσεις) και αναγωγή τους στο ύψος μελέτης "z", με σκοπό των προσδιορισμό των κατάλληλων ζευγών V,f(V). Να σημειωθεί ότι για πρακτικές εφαρμογές η τιμή f(v) αναφέρεται σε διάστημα ταχύτητας (V-ΔV/2, V+ΔV/2). ε. Προσδιορισμός της προς ολοκλήρωση συνάρτησης gexp(v) σαν : N V gexp V fexp V N 0 (13) στ. Ολοκλήρωση της συνάρτησης gexp(v) βάσει της εξίσωσης (7) και υπολογισμός τόσο της κατανομής ωexp(v) όσο και της τελικής τιμής του "ω" για το συγκεκριμένο συνδυασμό α/γ - αιολικού δυναμικού. Στην ολοκλήρωση θα χρησιμοποιήσουμε την αριθμητική ολοκλήρωση κατά Simpson 4ης τάξης δηλ. για 3 διαδοχικά σημεία 0, 1, 2 ισχύει: N V V V V2 V2 2 0 f V dv gexp V dv g V0 4 g( V1 ) g( V2 ) N 0 0 6 (14) V V0 Εκτος από τα προαναφερθέντα στοιχεία, θα χρειαστούν στοιχεία που δίνονται στον Πίνακα ΙΙ, η πυκνότητα του αέρα (ρ= 1,2 kg/m3 ) και ο ηλεκτρομηχανολογικός βαθμός απόδοσης (η = 0,85). α/α Ταχύτητα ανέμου (m/s) Στροφές άξονα (rpm) α/α 1 14 2 15 Ταχύτητα ανέμου (m/s) Στροφές άξονα (rpm) 11

α/α Ταχύτητα ανέμου (m/s) Στροφές άξονα (rpm) α/α 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13 Πίνακας 2: Μετρήσεων και καταγραφής. Πηγή: Διδάσκων (2015). Ταχύτητα ανέμου (m/s) Στροφές άξονα (rpm) επώνυμο ύψος όνομα Συντελεστής τραχύτητας α 2 ο γράμμα επωνύμου Α - Δ Α - Δ Α - Δ Ε - Κ Ε - Κ Ε - Κ Λ - Π Λ - Π Λ - Π Σ - Ω Σ - Ω Σ - Ω Πίνακας 3: Δεδομένα. Τεχνική διαθεσιμότητα Δ Πηγή: Διδάσκων (2015). 7. Βιβλιογραφία Whisper. (1995). 600-1000-3000 Owner s Manual, World Power Tecgnologies, Inc. Duluth, MN, USA. Καλδέλλης Ιωάννης Κ. (n.d.). Διαχείριση της αιολικής ενέργειας. ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΣΤΑΜΟΥΛΗ ΑΕ, Β' Έκδοση, 2005,, ISBN: 960-351-576-0. 8. Παράρτημα Σημείωμα Αναφοράς. 12

Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Ταουσανίδης Νίκος. «Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας». Έκδοση: 1.0. Γρεβενά 2012. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: URL. Σημείωμα Αδειοδότησης. Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. Διατήρηση Σημειωμάτων. Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων. Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες. Καλδέλλης, Ι. (2005). Διαχείριση της αιολικής ενέργεια,. ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΣΤΑΜΟΥΛΗ ΑΕς, Β' Έκδοση, ISBN: 960-351-576-0. Whisper. (1995). 600-1000-3000 Owner s Manual, World Power Tecgnologies, Inc. Duluth, MN, USA. 13