ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Σχετικά έγγραφα
Αιολικά πάρκα Επιδράσεις Ομόρρου

ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΠΕ

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

4.1 Στατιστική Ανάλυση και Χαρακτηριστικά Ανέμου

Εγγυημένη ισχύς Αιολικής Ενέργειας (Capacity credit) & Περικοπές Αιολικής Ενέργειας

Ήπιες Μορφές Ενέργειας

Ήπιες Μορφές Ενέργειας

Ανανεώσιμες Μορφές Ενέργειας

ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ: ΑΝΕΜΟΣ

Εισαγωγή στην Αστρόβιλη Άκυκλη Ροή

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας. Ενότητα 4: Εξαναγκασμένη Θερμική Συναγωγιμότητα

Ατομικά Δίκτυα Αρδεύσεων

4.1 Εισαγωγή. Μετεωρολογικός κλωβός

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

Κεφάλαιο 1. Lasers και Εφαρμογές τους στο Περιβάλλον. Αλέξανδρος Δ. Παπαγιάννης

Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ):

Αιολική Ενέργεια & Ενέργεια του Νερού

Κάραλης Γεώργιος, «Παράρτημα B. Βασικές γνώσεις Αιολικής Ενέργειας» Ακαδημία Ενέργειας, 2013

Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

Ροή με στροβιλότητα Αστρόβιλη ροή

Εξισώσεις Κίνησης (Equations of Motion)

website:

Ακτομηχανική και λιμενικά έργα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ

Ανεμογενείς Κυματισμοί

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας. Ενότητα 3: Βασικές Αρχές Θερμικής Συναγωγιμότητας

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

) 500 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Δυνάμεις που καθορίζουν την κίνηση των αέριων μαζών

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ (Equations of Motion)

Συντελεστής ισχύος C p σαν συνάρτηση της ποσοστιαίας μείωσης της ταχύτητας του ανέμου (v 0 -v 1 )/v 0

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Αστικά υδραυλικά έργα

ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2013 Ασκήσεις αξιολόγησης Αιολική Ενέργεια 2 η περίοδος Διδάσκων: Γιώργος Κάραλης

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Διδάσκων: Δρ. Ριζιώτης Βασίλης Θεωρία δίσκου ορμής στοιχεία πτερύγωσης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΠΕ. Βισκαδούρος Γ. Ι. Φραγκιαδάκης Φ. Μαυροματάκης

1. Τα αέρια θερµοκηπίου στην ατµόσφαιρα είναι 2. Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας Ra σε ένα τόπο εξαρτάται:

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

Αστροφυσική. Ενότητα # 4: Αστρικοί άνεμοι, σφαιρική προσαύξηση και δίσκοι προσαύξησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Αρχές Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας (Διαλέξεις 7&8)

Φυσική Περιβάλλοντος

Θεοφάνης Καραμπάς. Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών

Διαδικασίες Υψηλών Θερμοκρασιών

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα: Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας. Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου

Τεχνική Υδρολογία (Ασκήσεις)

Υδροδυναμική. Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση: Στρωτή και τυρβώδης ροή Γραμμικές απώλειες

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

ηµήτρης Τσίνογλου ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Αστρονομία. Ενότητα # 3: Συστήματα Χρόνου. Νικόλαος Στεργιούλας Τμήμα Φυσικής

v = 1 ρ. (2) website:

Χρηματοοικονομική Ι. Ενότητα 5: Η Χρονική Αξία του Χρήματος (2/2) Ιωάννης Ταμπακούδης. Τμήμα Οργάνωσης και Διοίκησης Επιχειρήσεων ΧΡΗΜΑΤΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ Ι

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Μετάδοση Θερμότητας. Ενότητα 5: Ελεύθερη ή Φυσική Θερμική Συναγωγιμότητα

Τεχνολογία Περιβαλλοντικών Μετρήσεων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 η & 2 η : ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ

4. γεωγραφικό/γεωλογικό πλαίσιο

Έλικες Θεωρία γραμμής άνωσης

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

Υπολογισµός της Έντασης του Αιολικού υναµικού και της Παραγόµενης Ηλεκτρικής Ενέργειας από Α/Γ

Αιολική Ενέργεια & Ενέργεια του Νερού

ΚΛΙΜΑ. ιαµόρφωση των κλιµατικών συνθηκών

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ. Διδάσκων: Παπασιώπη Νυμφοδώρα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Ενότητα 2 η : Αγωγή Μονοδιάστατη αγωγή

Εγγειοβελτιωτικά Έργα και Επιπτώσεις στο Περιβάλλον

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ. ΑΣΚΗΣΗ 3 η ΜΕΘΟΔΟΣ ELECTRE II ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ

υδροδυναμική Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Εργαστήριο

Πληροφορίες σχετικές με το μάθημα

ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Στυλιανός Τσίτσος

ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ (πραγματική ατμόσφαιρα)

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 9 Η

Αστροφυσική. Ενότητα # 2: Αστρική Δομή - Εφαρμογές Ρευστοδυναμικής. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου

Αστικά υδραυλικά έργα

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 3: ΑΤΕΛΕΙΕΣ ΔΟΜΗΣ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ E ΕΞΑΜΗΝΟ

Οργάνωση Παραγωγής & Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Διδάσκων: Δρ. Νικόλαος Παναγιώτου Πρότυπο Κόστος Μέρος Ι

ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ. Ενότητα 9: Μέθοδοι εκτίμησης πλημμύρας σχεδιασμού- Ασκήσεις. Καθ. Αθανάσιος Λουκάς. Εργαστήριο Υδρολογίας και Ανάλυσης Υδατικών Συστημάτων

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ

ΠΑΡΑΔΟΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ»

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7-9

Αριάδνη-Μαρία Φιλιππίδου Επιβλέπων: Δ. Κουτσογιάννης, Καθηγητής ΕΜΠ Αθήνα, Ιούλιος 2015

Παράκτια Ωκεανογραφία

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

Ανεµογεννήτριες. Γιάννης Κατσίγιαννης

ΑΣΚΗΣΗ 4. Μελέτη εξάρτησης της ηλεκτρικής ισχύος ανεμογεννήτριας από την ταχύτητα ανέμου.

Transcript:

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Διδάσκων: Δρ. Ριζιώτης Βασίλης Αιολικό Δυναμικό

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

Η Αιολική Ενέργεια u Η αιολική ενέργεια είναι προϊόν της ηλιακής ενέργειας u 2% της ηλιακής ακτινοβολίας μετατρέπεται σε άνεμους. u Η αιολική ενέργεια είναι η κινητική ενέργεια του κινούμενου αέρα. u Αιτία: Η ακανόνιστη θέρμανση της επιφάνειας της γης από τον ήλιο.

Ο Άνεμος Οι άνεμοι είναι αέριες μάζες που κινούνται εξαιτίας των διαφορετικών βαρομετρικών πιέσεων που προκαλούνται κυρίως από την άνιση θέρμανση των διαφόρων περιοχών της γης από τον ήλιο. u Διαφορετικό γεωγραφικό πλάτος u Στεριά θάλασσα u Επίδραση περιστροφής της γης

Ανομοιόμοφη θέρμανση της γης Εξαιτίας της καμπυλότητας της επιφάνειας της γης οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν όλο και πιο πλάγια, καθώς πηγαίνουμε σε όλο και μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη όπου οι ακτίνες του ήλιου έχουν να διανύσουν όλο και μεγαλύτερη απόσταση μέσα στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη ηλιακή ενέργεια να απορροφηθεί πριν φτάσει στην επιφάνεια της γης. Επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας Ιούλιος 1984 (Πηγή: Nasa)

Ο Άνεμος Κατακόρυφη μεταφορά Ιδανική κίνηση του ανέμου αν η Γη δεν περιστρεφόταν. Ένα στρώμα αέρα, που θα έρθει σε επαφή με τη γήινη επιφάνεια θα θερμανθεί και θα ανέλθει (~10km). Τη θέση του θα καλύψει ένα στρώμα ψυχρότερου αέρα, που με τη σειρά του θα θερμανθεί και θα ανέλθει (ο θερμός αέρας έχει μικρότερη πυκνότητα από τον ψυχρό). Αυτή η κυκλική-ανοδική-καθοδική κίνηση θερμών και ψυχρών ρευστών μαζών, ονομάζεται Κατακόρυφη μεταφορά. Επίδραση της περιστροφής της Γης (Coriolis)

Επίδραση της περιστροφής της γης Ο άνεμος θερμαίνεται γρηγορότερα στον ισημερινό και ανυψώνεται και κινείται προς τα βόρια και νότια. Στον ισημερινό υπάρχει χαμηλή πίεση, ενώ στους πόλους υψηλή πίεση. Οι άνεμοι λειτουργούν ως παγκόσμιος εναλλάκτης θερμότητας εμποδίζοντας την περαιτέρω θέρμανση του ισημερινού και ψύξη των πόλων.

Τοπικοί άνεμοι στεριά θάλασσα Η ξηρά έχει μικρότερη θερμοχωρητικότητα από την θάλασσα, κι αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να ψύχεται και να θερμαίνεται πιο γρήγορα από την θάλασσα. Η ξηρά την ημέρα είναι θερμότερη από τη θάλασσα, με αποτέλεσμα ψυχρότερες αέριες μάζες να μετακινούνται από τη θάλασσα προς την ξηρά για να αντικαταστήσουν τις θερμές μάζες που ανέρχονται και δημιουργούν με τον τρόπο αυτό τη γνωστή θαλάσσια αύρα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας η θάλασσα είναι θερμότερη από την ξηρά. Ο αέρας που είναι σε επαφή με τη θάλασσα θερμαίνεται, ανέρχεται και αντικαθίσταται από ψυχρότερο που προέρχεται από την στεριά.

Τοπικοί άνεμοι βουνά κοιλάδες Τα βουνά κατά τη διάρκεια της ημέρας θερμαίνονται γρηγορότερα από τις γειτονικές κοιλάδες. Έτσιο αέρας που έρχεται σε επαφή με την πλαγιά θερμαίνεται, και θερμαινόμενος ανέρχεται για να αντικατασταθεί από τις ψυχρότερες μάζες της κοιλάδας. Έτσικατά την διάρκεια της μέραςέχουμε τοπικά άνεμους που πνέουν από την κοιλάδα προς το βουνό.

Αιολικό Δυναμικό Χρονική Μεταβλητότητα Ανέμου Πηγή: Ανεμοκινητήρες, Μπεργελές Γ., εκδόσεις Συμεών

Πηγή: Ανεμοκινητήρες, Μπεργελές Γ., εκδόσεις Συμεών Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα Αιολικό Δυναμικό Στο κατώτατο τμήμα της ατμόσφαιρας λόγω του ιξώδους του αέρα δημιουργείται ένα στρώμα αέρα, το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα, μέσα στο οποίο η σχετική ταχύτητα μεταβάλλεται από μηδέν πάνω στην επιφάνεια της Γης, μέχρι μεγαλύτερες τιμές. Τα χαρακτηριστικά του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος, καθορίζονται κυρίως από την μορφή της επιφάνειας της Γης (τραχύτητα εδάφους), αλλά και από τον άνεμο και την κατάσταση της ατμόσφαιρας.

Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα Μεταβολή του ύψος με την τραχύτητα του εδάφους Αιολικό Δυναμικό Πηγή: Ανεμοκινητήρες, Μπεργελές Γ., εκδόσεις Συμεών

Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα Αιολικό Δυναμικό Οι εκφράσεις που χρησιμοποιούμε για να υπολογίσουμε την διανομή της ταχύτητας μέσα στο επιφανειακό στρώμα είναι: U(z) = U k * ln z z 0 α λογαριθμικός νόμος z U(z) = U(z0 ) z εκθετικός νόμος 0 U * = τ 0 ρ Όπου: U(z) η ταχύτητα του ανέμου σε ύψος z, U * η ταχύτητα τριβής, εξαρτώμενη από την τραχύτητα της επιφάνειας και την πυκνότητα του ανέμου k η σταθερά von Karman (k=0.35) και z 0 η παράμετρος τραχύτητας ή μήκος τραχύτητας α ο εκθέτης του εκθετικού νόμου, δείχνει τη μορφή της επιφάνειας του εδάφους π.χ: α=0.17 για ανοικτά πεδία, (θάλασσα ή ο χώρος ενός αεροδρομίου), α=0.20 για μικρές πόλεις και χωριά α=0.25 για πόλεις με μεγάλες και πολυώροφες κατασκευές.

Αιολικό Δυναμικό Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου u(t) = u + u ʹ(t) t 1 uʹ = u ʹ(t) dt = 0 t 0 t 2 1 2 σ U = ( u(t) u ) dt t 0 ns( n) σ 2 U 4 nlk / u (1+ 6 nlk / u ) = 4 nl / u + 5/3 v 2 5/6 (1 70.8( nlv / u) ) ( Kaimal) ( von Karman) n : L : u : συχνότητα κλίμακα μήκους μέση ταχύτητα Sn ( ): φάσμα ανέμου

Αιολικό Δυναμικό Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου ns(n)/σ^2 1 0.1 0.01 Πυκνότητα ενέργειας φάσματος von Karman Kaimal 2π int H( n) = u( t) e dt 2π int ut () = Hn ( ) e dn 2 2 Sn ( ) = Hn ( ) + H( n) 0 n< 0.001 0.001 0.01 0.1 1 10 frequency

Αιολικό Δυναμικό Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα ns( n) σ = 4 nl / u v 2 2 5/6 U (1+ 70.8( nlv / u) ) u = 8 m/ s σ U = 0.8 m/ s Lv = 50 m n*s(n)/σu^2 1.0000 0.1000 von Karman αδιάστατο φάσμα 0.0100 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 n [hz]

Αιολικό Δυναμικό Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα ns( n) σ = 4 nl / u v 2 2 5/6 U (1+ 70.8( nlv / u) ) u = 8 m/ s σ U = 0.8 m/ s Lv = 50 m S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 von Karman Διαστατό φάσμα 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 n[hz]

Αιολικό Δυναμικό S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 n[hz] 0.8 0.6 n=0.00167 Hz u [m/s] 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8 0 100 200 300 400 500 600 time [s]

Αιολικό Δυναμικό S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 n[hz] 0.8 0.6 0.4 n=0.01 Hz u [m/s] 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8 0 100 200 300 400 500 600 time [s]

Αιολικό Δυναμικό S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 n[hz] 0.8 0.6 0.4 n=0.1 Hz u [m/s] 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8 0 100 200 300 400 500 600 time [s]

Αιολικό Δυναμικό S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 1.5 1 n[hz] sum 3 frequencies 0.5 u [m/s] 0-0.5 0 100 200 300 400 500 600-1 -1.5 time [s] άθροισμα 3 συχνοτήτων

S(n) [(m/s)^2] 100.00 10.00 1.00 0.10 0.01 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 12 11 10 9 n[hz] sum all frequencies Αιολικό Δυναμικό Χαρακτηριστικά τύρβης του ανέμου / Παράδειγμα 2π int H( n) = u( t) e dt 2π int ut () = Hn ( ) e dn 2 2 Sn ( ) = Hn ( ) + H( n) 0 n< u [m/s] 8 7 6 5 4 0 100 200 300 400 500 600 time [s] συνεισφορά όλων των συχνοτήτων

Επίδραση της Ανώμαλης τοπογραφίας Αιολικό Δυναμικό Σε μια ανώμαλη τοπογραφία, η ταχύτητα του ανέμου μπορεί να μεταβάλλεται σημαντικά μεταξύ κοντινών περιοχών. Ο θεωρητικός υπολογισμός των επιδράσεων της ανώμαλης τοπογραφίας στηνταχύτητατου ανέμου μπορεί να γίνει πολύ δύσκολα και μόνο με την χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και εργαλείων που λύνουν τις εξισώσεις που περιγράφουν την ροή.

Επίδραση της Ανώμαλης τοπογραφίας Αιολικό Δυναμικό

Αιολικό Δυναμικό Εξετάζοντας μια λοφοσειρά, ο άνεμος που τη συναντάει, επιταχύνεται στην κορυφή και επιβραδύνεται στους πρόποδες.

Περιοχή διαταραγμένης ροής πίσω από εμπόδιο Αιολικό Δυναμικό Κύριος άνεµος Περιοχή µεγάλων διαταραχών ροής Όταν η ροή του ανέμου συναντάει κάποιο εμπόδιο, δημιουργείται μια αναταραχή, δηλαδή η ροή γίνεται τυρβώδης, με κύρια χαρακτηριστικά τη μείωση της μέσης ταχύτητας του ανέμου και την αύξηση της τύρβης. Η τοποθέτηση και λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας κατάντι ενός εμποδίου έχει ως αποτέλεσμα εκτός από τη μειωμένη αποδοτικότητα, και τη μείωση στη διάρκεια ζωής της μηχανής λόγω της ανεπιθύμητης επιπλέον καταπόνησης, λόγω της τυρβώδους ροής.

Περιοχή διαταραγμένης ροής πίσω από εμπόδιο Αιολικό Δυναμικό Πλάγια όψη Κάτοψη

Αιολικό Δυναμικό Στατιστικά χαρακτηριστικά ανέμου Η µέση ταχύτητα του ανέµου υπολογίζεται δεδοµένης µιας σειράς µετρήσεων από την σχέση: N v = 1 N 1 v n όπου η µέση ταχύτητα ανέµου, V n η ταχύτητα του ανέµου στο n σηµείο των µετρήσεων και n=1,2,,n ο αριθµός των µετρήσεων. Η τυπική απόκλιση σ δείχνει πόσο οι µετρήσεις αποκλίνουν από τη µέση τιµή του ανέµου: 1 σ= v v Ν-1 Ν ( ) 2 n 1 και ονοµάζεται ένταση της τύρβης. Μέτρο της έντασης της τύρβης αποτελεί η ποσότητα (αδιάστατη τιµή): I = σ v Με τον όρο τύρβη ονοµάζουµε τη διαταραχή της ταχύτητας του ανέµου (διαφορές στιγµιαίας ταχύτητας από τη µέση τιµή ταχύτητας) και έχει ιδιαίτερη σηµασία για την απόδοση των αιολικών µηχανών, αλλά και τον υπολογισµό της αντοχής λόγω των εναλλασσόµενων φορτίων που αναπτύσσονται και που οδηγούν στην κόπωση των υλικών της µηχανής.

Αιολικό Δυναμικό m/s 12 10 8 6 4 2 0 Οκτ-03 2003 Μαϊ-03 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Εποχική μεταβολή της μέσης ταχύτητας του ανέμου

Αιολικό Δυναμικό μέση μηνιαία ταχύτητα ανέμου (m/s) 14 12 10 8 6 4 2 0 Ιαν Φεβρ Μαρτ Απρ Μαϊος Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπτ Οκτ Νοεμ Δεκ Ιαν Φεβρ Μαρτ Απρ Μαϊος Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπτ Οκτ Νοεμ Δεκ

Αιολικό Δυναμικό Μετρήσεις αποδεικνύουν ότι η μέση ετήσια ταχύτητα ανέμου κάθε χρόνο διαφέρει από μέρος σε μέρος και από χρόνο σε χρόνο. Θεωρείται απαραίτητο να υπάρχουν ανεμολογικές μετρήσεις τουλάχιστον 12μηνών στη θέση εγκατάστασης (νομοθεσία). Συσχέτιση με μακροχρόνιες μετρήσεις στην ευρύτερη περιοχή Εκτός από τη γνώση της μέσης ετήσιας ταχύτητας, χρήσιμο είναι να είναι γνωστή και η εποχιακή διακύμανση της ταχύτητας του ανέμου, καθώς και η διάρκεια πνοής του ανέμου.

Καμπύλη διάρκειας - Πυκνότητα πιθανότητας πνοής ανέμου Αιολικό Δυναμικό 100 Καµπύλη διάρκειας πνοής ανέµου Πυκνότητα πιθανότητας πνοής ανέµου 12% χρόνος σε ποσοστό % του έτους 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 ταχύτητα ανέμου (m/sec) χρόνος σε ποσοστό % του έτους 10% 8% 6% 4% 2% 0% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Ταχύτητα ανέμου (m/sec)

Αιολικό Δυναμικό f(v) k 1 k V V = exp c c c k Πυκνότητα πιθανότητας κατανομής μέσης ταχύτητας Weibull

Αιολικό Δυναμικό f(v) k 1 k k V V = exp c c c Η διάρκεια πνοής ανέμου δίνεται από την σχέση: U PV ( U) = f( VdV ) = 1 exp 0 U c k

Αιολικό Δυναμικό Η διάρκεια πνοής ανέμου δίνεται από την σχέση: QV ( > U=1 ) PV ( U) = exp U c k lnq= U c U ln ( lnq ) =ln c k ln( lnq ) =k lnu k lnc 0.00 k διάρκεια πνοής Q=1-F 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 wind speed [m/s]

Αιολικό Δυναμικό 1.20 διάρκεια πνοής Q=1-F 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 ln lnq =k lnu k lnc ( ) 0.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 wind speed [m/s] ln(-lnq) 3 2 1 0-2 -1-1 0 1 2 3 4-2 -3-4 -5-6 -7 lnu

Συσχέτιση με πειραματικά δεδομένα Αιολικό Δυναμικό

Αιολικό Δυναμικό Μέση ταχύτητα ανέμου Η μέση ταχύτητα του ανέμου μπορεί να υπολογιστεί όταν δίνονται οι παράμεροι c και k της κατανομής Weibull από την σχέση: V = V f (V)dV V= 0 V 1 = c Γ 1 + k Συνάρτηση Γ 1 0.5 a1 a2 3 Γ ( x) = t e dx x e 2π 1 + + + +..., 2 3 x 0 x x 1 1 139 571 a1 =, a2 =, a3 =, a4 =,... 12 288 51840 2488320 x x x x a

Αιολικό Δυναμικό Μεταβολές στην κατεύθυνση του ανέμου Ρόδο ανέμου Πηγή: Ανεμοκινητήρες, Μπεργελές Γ., εκδόσεις Συμεών

Διερεύνηση Αιολικού Δυναμικού Περιοχής Αιολικό Δυναμικό

Υπολογισμός παραγόμενης ενέργειας Αιολικό Δυναμικό

Αιολικό Δυναμικό 1 P = Cp ρ Α V 2 Cp συντελεστής Ισχύος Vcut-in η ταχύτητα έναρξης λειτουργίας V F η ταχύτητα διακοπής λειτουργίας V R η ονομαστική ταχύτητα 3 600 500 400 300 Ισχύς (kw) P R 200 Μέση ετήσια παραγόμενη ισχύς: 100 V cut-in V R V F P = V= 0 f(v) P(V)dV = 25 V= 3 f(v) P(V)dV 0 0 5 10 15 20 25 30 Ταχύτητα ανέµου (m/sec) = 13 V= 3 f(v) P(V)dV + P R 25 V= 13 f(v)dv

Αιολικό Δυναμικό Ταχύτητα ανέμου (m/s) Παραγόμενη Ισχύς (kw) P(V) 0 0 1 0 2 0 3 4 4 27 5 66 6 120 7 197 8 295 9 421 10 575 11 736 12 866 13 943 14 987 15 1000 16 1000 17 1000 18 1000 19 1000 20 1000 21 1000 22 1000 23 1000 24 1000 25 1000 Καμπύλη ισχύος 1000 kw

Ταχύτητα ανέμου (m/s) Συχνότητα εμφάνισης ανέμου f(v) Αιολικό Δυναμικό Ανεμολογικά δεδομένα 0 0.00 1 0.02 2 0.04 3 0.06 4 0.07 5 0.08 6 0.08 7 0.08 8 0.08 9 0.08 16 0.03 17 0.02 18 0.02 19 0.01 20 0.01 21 0.01 22 0.00 23 0.00 24 0.00 25 0.00 10 0.07 11 0.06 12 0.05 13 0.05 14 0.04 15 0.03 k 1 k k V V f(v) = exp c c c k=1.9 m/s c=10 m/s

Αιολικό Δυναμικό 1200.0 1000.0 800.0 power (kw) 600.0 400.0 200.0 Υπολογισμός Ενέργειας probability density 0.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 wind speed (m/s) 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 wind speed (m/s) power (kw) 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 wind speed (m/s)

Αιολικό Δυναμικό Υπολογισμός Ενέργειας wind speed (m/s) probability density power (kw) f(v)*p(v) Integration 0.0 0.00 0.0 0.00 0 1.0 0.02 0.0 0.00 0 2.0 0.04 0.0 0.00 0 3.0 0.06 4.0 0.23 1 4.0 0.07 27.0 1.89 4 5.0 0.08 66.0 5.14 7 6.0 0.08 120.0 9.86 13 7.0 0.08 197.0 16.34 20 8.0 0.08 295.0 23.83 28 9.0 0.08 421.0 32.09 36 10.0 0.07 575.0 40.19 43 11.0 0.06 736.0 45.96 47 12.0 0.05 866.0 47.15 45 13.0 0.05 943.0 43.74 41 14.0 0.04 987.0 38.15 35 15.0 0.03 1000.0 31.54 28 16.0 0.03 1000.0 25.22 22 17.0 0.02 1000.0 19.77 17 18.0 0.02 1000.0 15.20 13 19.0 0.01 1000.0 11.46 10 20.0 0.01 1000.0 8.49 7 21.0 0.01 1000.0 6.17 5 22.0 0.00 1000.0 4.41 4 23.0 0.00 1000.0 3.09 3 24.0 0.00 1000.0 2.13 2 25.0 0.00 1000.0 1.45 Mean Power= 433 kw

Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγόμενη ενέργεια Αιολικό Δυναμικό Η διαθεσιμότητα της μηχανής εκφράζει το ποσοστό του χρόνου που είναι διαθέσιμη η ανεμογεννήτρια για να λειτουργήσει και εκφράζεται με τον συντελεστή διαθεσιμότητας (Σ.Δ.) Οι απώλειες μεταφοράς Ο βαθμός απόδοσης του αιολικού πάρκου εκφράζει τις απώλειες που έχουμε λόγω αλληλεπίδρασης ανεμογεννητριών σε αιολικά πάρκα, και οφείλεται κατά κύριο λόγο στο έλλειμμα της ταχύτητας που παρουσιάζεται στον ομόρρου της ανεμογεννήτριας Ο συντελεστής εκμεταλλευσιμότητας της ανεμογεννήτριας ορίζεται ως: E CF = E P όπου E = 8760 P = R R R P R Ένας ικανοποιητικός συντελεστής εκμεταλλευσιμότητας είναι της τάξεως από 0.25 έως 0.35.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του 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.