Ήπιες Μορφές Ενέργειας

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ήπιες Μορφές Ενέργειας Ενότητα 2: Αιολική Ενέργεια - Αιολικές Μηχανές Καββαδίας Κ.Α. Τμήμα Μηχανολογίας

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. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την 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. 3

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Παγκόσμια, ευρωπαϊκή και εθνική αγορά αιολικής ενέργειας Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των ανεμογεννητριών Βασικές αρχές λειτουργίας των ανεμογεννητριών 4

ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΑΓΟΡΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (1/5) 5

ΑΓΟΡΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ Ε.Ε. (1/4) 10

ΑΓΟΡΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗ ΧΩΡΑ ΜΑΣ (1/2) 14

ΑΓΟΡΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗ ΧΩΡΑ ΜΑΣ (2/2) 15

ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Ανεμογεννήτριες Ανεμοκινητήρες Αιολικές Μηχανές Ανθρώπινες επινοήσεις με σκοπό την αξιοποίηση του μέγιστου ποσοστού της κινητικής ενέργειας του ανέμου. Σκοπός η μετατροπή της κινητικής ενέργειας του ανέμου σε εύχρηστη για τον άνθρωπο μορφή (μηχανική, ηλεκτρική). 16

ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ - 1 Προσανατολισμός αξόνων σε σχέση με τη ροή του ανέμου: Οριζοντίου άξονα Κατακορύφου άξονα 17

ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ -2 Αριθμός πτερυγίων της πτερωτής: Μονοπτέρυγες Διπτέρυγες Τριπτέρυγες Πολυπτέρυγες 18

ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ -3 Θέση της πτερωτής ως προς τον πύργο στήριξης: Ανάντη Κατάντη 19

ΒΑΣΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΑΞΟΝΑ - 1 Κωνικότητα Επίπεδο κάθετο στον άξονα περιστροφής Πτερύγιο Διάμετρος δρομέα Κλίση άξονα περιστροφής ως προς το οριζόντιο επίπεδο Διεύθυνση ανέμου Πλήμνη Θάλαμος μηχανισμών Άξονας περιστροφής δρομέα Σύστημα προσανατολισμού Ύψος πλήμνης Πυλώνας Έδαφος 20

ΒΑΣΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΑΞΟΝΑ - 2 21

ΒΑΣΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΥ ΑΞΟΝΑ - 1 ΕΔΡΑΝΟ ΜΕ ΣΥΡΜΑΤΟΣΧΟΙΝΑ Ανεμογεννήτρια Darrieus Ανεμογεννήτρια Savonious ΠΥΡΓΟΣ ΥΨΟΣ ΔΡΟΜΕΑ ΔΙΑΜΕΤΡΟΣ ΠΤΕΡΥΓΙΟ ΥΨΟΣ ΒΑΣΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΚΑΤΩ ΕΔΡΑΝΟ ΒΑΣΗ ΚΙΒΩΤΙΟ 22

ΒΑΣΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΥ ΑΞΟΝΑ - 2 Άξονα κάθετο στη διεύθυνση του ανέμου και στην επιφάνεια της γης Αυτόματη προσαρμογή στη διεύθυνση του ανέμου Μηχανισμοί και γεννήτρια στο έδαφος Ελαφρύτερος πύργος στήριξης Ευκολότερη συντήρηση του συστήματος Ανεμογεννήτριες Darrieus Υψηλές ταχύτητες εκκίνησης (βοηθητικοί κινητήρες) Χαμηλότερο μέσο ετήσιο συντελεστή ισχύος Ανεμογεννήτριες Savonious Χαμηλό μέσο συντελεστή ισχύος Μικρή περιφερειακή ταχύτητα Απλή και οικονομική κατασκευή 23

ΜΕΓΕΘΟΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ (1/2) 24

ΜΕΓΕΘΟΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ (2/2) 25

ΕΞΕΛΙΞΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ 26

ΔΙΑΘΕΣΙΜΗ ΙΣΧΥΣ Κινητική ενέργεια αέριας μάζας m κινούμενη με ταχύτητα V E w = 1 2 m V 2 ( J ) Αντίστοιχα η ισχύς της αέριας μάζας N w 1 2 = m V 2 ( W ) όπου παροχή μάζας αέρα m = ρ A V ( kg / s) όπου η επιφάνεια σάρωσης της πτερωτής Ισχύς διαθέσιμη στην πτερωτή N w = D A = π 4 π D ρ 2 4 2 ( m 1 2 3 V 2 ) ( W ) 27

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΣΧΥΟΣ (1/3) Ισχύς αέριας μάζας που αξιοποιεί η ( 2 2 ) πτερωτή: N r = m V V0 1 2 όπου παροχή μάζας αέρα: Ταχύτητα ανάντη της πτερωτής Ταχύτητα κατάντη της πτερωτής m = ρ V A + 2 V 0 28

29 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΣΧΥΟΣ (2/3) Μηχανική ισχύς στον άξονα της πτερωτής: + Α = 2 1 1 2 1 2 0 0 3 V V V V V N rs ρ ή rs C p V N Α = 3 2 1 ρ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΣΧΥΟΣ (3/3) Παραγόμενη ισχύς ανεμογεννήτριας: N 1 2 π D 4 2 3 WT = ρ V C p η o 30

ΣΧΕΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΕΜΟΥ 31

ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ Όριο του Betz: CC pp 16 27 = 0,593 Παράμετρος περιστροφής της πτερωτής: λ = u t V = π D n 60 V 32

ΚΑΜΠΥΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ απώλειας στήριξης ελέγχου βήματος ταχύτητα έναρξης ταχύτητα ονομαστικής ισχύος ταχύτητα διακοπής ανηγμένη ισχύς περιοχή χωρίς παραγωγή περιοχή μέγιστης απόδοσης Περιοχή ονομαστικής ισχύος, μειωμένη απόδοση πτερωτής περιοχή χωρίς παραγωγή ταχύτητα ανέμου [m/s] 33

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΑΕΡΑ 34

ΣΧΕΤΙΚΟΙ ΙΣΤΟΤΟΠΟΙ Ελληνική Εταιρεία Αιολικής Ενέργειας (ΕΛΕΤΑΕΝ), www.eletaen.gr European Wind Energy Association (EWEA), www.ewea.org American Wind Energy Association (AWEA), www.awea.org Global Wind Energy Council (GWEC), www.gwec.net World Wind Energy Association, www.wwindea.org The Wind Power, Wind Turbines and Wind Farms Database, www.thewindpower.net 35

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Να υπολογισθεί η αναμενόμενη ονομαστική ισχύς νεοσχεδιασμένης ανεμογεννήτριας διαμέτρου 15m, η οποία λειτουργεί με μηχανολογικό βαθμό απόδοσης ίσο με 93%, ηλεκτρολογικό βαθμό απόδοσης ίσο με 96% και η πυκνότητα του αέρα είναι ίση με 1.25kg/m 3. Επιπλέον είναι γνωστό ότι σύμφωνα με τους σχεδιαστές της μηχανής, η πτερωτή παρουσιάζει μέγιστο συντελεστή ισχύος ίσο με το 65% του μέγιστου θεωρητικού, για ταχύτητα ανέμου ίση με 11m/sec. 36

Τέλος Ενότητας