Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Αιολική ενέργεια Νίκος Μαμάσης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

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.

Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Αιολική ενέργεια Νίκος Μαμάσης Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 213

ΕΙΣΑΓΩΓΗ (1/2) Αιολική ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου Χρησιμοποιείται από την αρχαιότητα στη ναυσιπλοΐα Πρόκειται για ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, με ανεξάντλητη και χωρίς κόστος πρώτη ύλη που δεν ρυπαίνει το περιβάλλον Αξιοποιείται στην παραγωγή μηχανικής (αλευρόμυλοι, άντληση υπόγειων νερών, αποστράγγιση) και ηλεκτρικής (ανεμογεννήτριες) ενέργειας Το όνομα προέρχεται από την ελληνική μυθολογία. Ο Αίολος είχε οριστεί από τον Δια κλειδοκράτορας τον ανέμων και τους προκαλούσε ή τους σταματούσε κατά βούληση. Οι οκτώ άνεμοι ήταν: Βορέας, Καικίας, Απηλιώτης, Εύρος, Νότος, Λιψ, Ζέφυρος, Σκίρων Κατόπιν φτάσαμε σε ένα νησί, την Αιολία, ένα νησί που ζούσε ο Αίολος, γιός του Ιπποτάδη, φίλος των αθάνατων θεών. Το νησί ήταν πλωτό ζωσμένο από άρρηκτα χάλκινα τείχη, που υψώνονταν κατακόρυφα στα βράχια (Οδύσσεια 1.1) 4

ΕΙΣΑΓΩΓΗ (2/2) Η πρώτη χρήση αιολικής ενέργειας έγινε στη ναυσιπλοΐα, ενώ οι πρώτοι ανεμόμυλοι χρησιμοποιήθηκαν για άλεσμα δημητριακών και άντληση νερού. Οι αρχαιότεροι ανεμόμυλοι (κατακόρυφου άξονα) κατασκευάστηκαν στην Περσία τον 6 ο έως τον 9 ο αιώνα μ.χ., ενώ η πρώτη γραπτή αναφορά γίνεται στην Κίνα το 13 ο αιώνα μ.χ. Στην Ευρώπη αναπτύχθηκαν διάφορα είδη ανεμόμυλου (οριζόντιου άξονα) από τον 13 ο αιώνα και πιθανόν οι νερόμυλοι να αποτέλεσαν πρότυπο για την κατασκευή τους Το 17 ο αιώνα η τεχνολογία μεταφέρεται στην Αμερική όπου οι ανεμόμυλοι χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για άντληση νερού Στην Ελλάδα (ειδικότερα στο Αιγαίο) η χρήση ανεμόμυλων χρονολογείται από το 13ο αιώνα. Το 196 υπήρχαν 1 ανεμόμυλοι στο Οροπέδιο Λασιθίου, 25 στην υπόλοιπη Κρήτη, και 6 στη Ρόδο Ο πρώτος ανεμόμυλος για παραγωγή ηλεκτρισμού κατασκευάστηκε το 1888 στο Cleveland του Ohio. Είχε διάμετρο πτερωτής 17 μέτρα και ισχύ 12 kw Σήμερα η Δανία χώρα πλούσια σε αιολικό δυναμικό έχει τα πρωτεία στην κατασκευή αλλά και στην χρήση ανεμογεννητριών Πριν 3 χρόνια, μια τυπική ανεμογεννήτρια ήταν της τάξης των 25 kw. Σήμερα, οι αιολικές μηχανές που κατασκευάζονται είναι της τάξης των 75-3. kw 5

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (1/6) Σκίρων (Μαΐστρος) Βορέας (Τραμουντάνα) Καικίας (Γραίγος) Ζέφυρος (Πουνέντες) Εικόνα 1: Οι οκτώ βοηθοί του Αιόλου απεικονίζονται στον πύργο των Αέρηδων (κτίσμα του 1 ου π.χ. αιώνα) στην Πλάκα. Απηλιώτης (Λεβάντες) Λιψ (Γαρμπής) Νότος (Όστρια) Εύρος (Σιρόκος) 6

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (2/6) Το επίσημο όνομα είναι Ωρολόγιο του Κυρρήστου, (το κατασκεύασε ο Ανδρόνικος ο Κύρρηστος τον 1 ο αιώνα π.χ.). Είχε ανεμοδείκτη, ηλιακό ρολόι και ίσως υδραυλικό ρολόι) Εικόνα 2: Ο πύργος των Ανέμων Εικόνα 3: Αναπαράσταση του Πύργου των Ανέμων 7

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (3/6) Πύργος των Ανέμων ΖΕΦΥΡΟΣ ή Πουνέντες (Δ). Ευχάριστος, ζεστός και ευνοεί τη βλάστηση. Κυρίως εμφανίζεται την άνοιξη. Απεικονίζεται ως όμορφος νέος που πετά αβίαστα και με χάρη. Είναι γυμνός και φέρει μόνο ένα μανδύα που τον κρατάει με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζει ποδιά, η οποία είναι γεμάτη με ανοιξιάτικα λουλούδια. ΣΚΙΡΩΝ ή Αργέστης ή Μαΐστρος (ΒΔ). Ξηρός και ψυχρός τον χειμώνα, καυτός και βίαιος το καλοκαίρι. Επηρεάζει άσχημα την υγεία των ανθρώπων και εμποδίζει τη βλάστηση των λαχανικών. Πήρε το όνομα του από τις Σκιρωνίδες Πέτρες (Κακιά Σκάλα), επειδή πιστευόταν ότι έπνεε από εκεί. Παριστάνεται βλοσυρός και σκυθρωπός, φορά βαριά ρούχα και κρατάει ένα ανεστραμμένο αγγείο που εκτιμάται ότι είναι τεφροδοχείο με το οποίο σκορπά στους ανθρώπους και στη φύση στάχτες και αναμμένα κάρβουνα. ΒΟΡΕΑΣ ή Βοριάς ή Τραμουντάνα (Β). Πολύ ψυχρός, δριμύς και πολλές φορές θυελλώδης. Παριστάνεται ως γηραιός άνδρας που φυσά σ' ένα θαλασσινό κοχύλι. Το κοχύλι συμβολίζει τον θόρυβο που κάνει ο Βοριάς όταν φυσά μέσα στις σπηλιές της Αττικής. ΚΑΙΚΙΑΣ ή Γρέγος (ΒΑ). Φέρνει υγρά και βαριά σύννεφα, κρύο με χιόνι και θύελλες. Έχει όψη αυστηρού γέροντα. Κρατάει ασπίδα μέσα στην οποία υπάρχει χαλάζι το οποίο το σκορπά από όπου περνάει. Περιγραφή: J. Stuart & N.Revett 8

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (4/6) ΑΠΗΛΙΩΤΗΣ ή Λεβάντες (Α). Ανατολικός άνεμο (από ηλίου) που φέρνει την ήπια βροχή η οποία γονιμοποιεί τη γη. Έχει την εμφάνιση νέου άνδρα με λεπτά και ευγενικά χαρακτηριστικά. Στα χέρια του κρατάει προϊόντα της γης που γονιμοποιεί: φρούτα, στάχυα και μια κηρήθρα. ΕΥΡΟΣ ή Σιρόκος (ΝΑ). Φέρνει πολλές βροχές και αποπνικτικό, ζεστό και υγρό καιρό. Παριστάνεται ως ηλικιωμένος άνδρας με δύστροπη όψη. Δεν κρατάει τίποτα και είναι ο μόνος από τους ανέμους που δεν έχει να προσφέρει κάτι. Κρατάει απλώς τον μανδύα του. ΝΟΤΟΣ ή Νοτιάς η Όστρια (Ν). Ιδιαίτερα αποπνικτικός, πολύ υγρός και ζεστός άνεμος. Απεικονίζεται ως νεαρός άνδρας που κρατάει μια υδρία ανάποδα, συμβολίζοντας έτσι την υγρασία που προκαλεί. ΛΙΨ ΛΙΒΑΣ ή Γαρμπής (ΝΔ). Ο άνεμος που πνέει από τον Σαρωνικό προς την Αθήνα. Κατά τον Ηρόδοτο έρχεται από τη Λιβύη, από την οποία πήρε και το όνομα του. Απεικονίζεται ως δυνατός και υγιής άνδρας. Στα χέρια του κρατάει τμήμα της πρύμνης ενός πλοίου, υπονοώντας ότι το πλοίο του που έχει στην πρύμνη του τον Λίβα είναι καλοτάξιδο. Οι Έλληνες μετά τη νίκη τους στη ναυμαχία της Σαλαμίνας είχαν αφιερώσει στους Δελφούς άγαλμα του Απόλλωνα που στο χέρι του κρατούσε τμήμα της πρύμνης, 9 συμβολίζοντας τα πλοία των Περσών που είχαν παρασυρθεί και καταστραφεί από τον άνεμο Λίβα. Περιγραφή: J. Stuart & N.Revett

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (5/6) Εικόνα 4: Αντίγραφο του πρώτου Περσικού μύλου Εικόνα 5: Μεσογειακός Εικόνα 6: Αμερικάνικος (18oς αιώνας) 1

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (1/6) Εικόνα 7: Δανικός Εικόνα 8: Ολλανδικός Εικόνα 9: Αγγλικός 11

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΑΝΕΜΩΝ (1/5) ΠΟΛΗ Α ΠΟΛΗ Β ΠΟΛΗ Α ΠΟΛΗ Β ΨΥΧΡΟΣ ΑΕΡΑΣ ΘΕΡΜΟΣ ΑΕΡΑΣ ΙΔΙΑ ΠΙΕΣΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΙΔΙΑ ΠΙΕΣΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΠΟΛΗ Α ΠΟΛΗ Β Χ ΚΙΝΗΣΗ ΑΕΡΑ Υ Η ΠΙΕΣΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ Σχήμα 1: Κίνηση αέρα από το θερμότερο στο ψυχρότερο Η ΠΙΕΣΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΜΕΙΩΝΕΤΑΙ 12

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΑΝΕΜΩΝ (2/5) Υ Χ Χ Υ Χ Ζεστό Υ Ψυχρό Υ Ψυχρό Χ Ζεστό Σχήμα 2: Θαλάσσια αύρα Σχήμα 3: Απόγειος αύρα 13

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΑΝΕΜΩΝ (3/5) ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΑΕΡΑ ΣΕ ΟΡΕΙΝΗ ΚΟΙΛΑΔΑ Σχήμα 4: Ημέρα Σχήμα 5: Νύκτα 14

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΑΝΕΜΩΝ (4/5) ΥΨΟΣ ΒΡΟΧΗΣ (mm) Υψηλή πίεση, Τροπικός του Καρκίνου ΕΙΡΗΝΙΚΟΣ ΩΚΕΑΝΟΣ ITCZ Τροπικός του Καρκίνου ΕΙΡΗΝΙΚΟΣ ΩΚΕΑΝΟΣ ΙΝΔΙΚΟΣ ΩΚΕΑΝΟΣ ΙΝΔΙΚΟΣ ΩΚΕΑΝΟΣ ITCZ Τροπικός του Αιγόκερω Υψηλή πίεση Υψηλή πίεση Τροπικός του Αιγόκερω Δεκέμβριος-Ιανουάριος 1 8 GOA (INDIA) ΕΤΟΣ: 2894.4 mm Ιούνιος-Ιούλιος Εικόνα 1: Μουσώνες 6 4 2 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΪ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ 15

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΑΝΕΜΩΝ (5/5) Πολικός αντικυκλώνας Πλάτη αλόγων Υ Χ Πλάτη νηνεμίας Υ Υ Ηadley cells Υ Χ Χ Χ Χ Υ Παραδοχές: Περιστρεφόμενη γη Ομοιόμορφα καλυμμένη με νερό Ο ήλιος είναι πάνω από τον ισημερινό Πολικό μέτωπο Υ Τροπικές υφέσεις Σχήμα 6: Μοντέλο κυκλοφορίας με τρία κύτταρα 16

ΚΛΙΜΑΚΑ BEAUFORT Ταχύτητα ανέμου B Χαρακτηρισμός m/s km/h κόμβοι Άπνοια -.2 < 1 < 1 1 Σχεδόν άπνοια.3-1.5 1-5 < 1 2 Πολύ ασθενής 1.6-3.3 6-11 4-6 3 Ασθενής 3.4-5.4 12-19 7-1 4 Σχεδόν μέτριος 5.5-7.9 2-28 11-16 5 Μέτριος 8.-1.7 29-38 17-21 6 Ισχυρός 1.8-13.8 39-49 22-27 7 Πολύ ισχυρός 13.9-17.1 5-61 28-33 8 Θυελλώδης 17.2-2.7 62-74 34-4 9 Πολύ θυελλώδης 2.8-24.4 75-88 41-47 1 Θύελλα 24.5-28.4 89-12 48-55 11 Ισχυρή θύελλα 28.5-32.6 13-117 56-63 12 Τυφώνας >= 32.7 >= 118 >= 64 17

Περιστατικά θυελλωδών ανέμων στην Ελλάδα Ημερομηνία Περιοχή Μέγεθος Παρατηρήσεις 21/7/1983 Θεσσαλονίκη 15 km/h > 12 Β 14-15/7/1985 Αιγαίο 11 Β 11/1/1987 Σαρωνικός 15 km/h > 12 Β Ανθρώπινα θύματα 6/1/1993 Κύθηρα 12 Β 3/1/1994 Αιγαίο 12 Β 25-26/3/1998 Αττική 12 Β Καταστροφές 14/1/21 Αττική 12 Β Πτώση ελικοπτέρου 1-2/12/21 Νότιο Αιγαίο 12 Β 6-7/2/23 Δωδεκάνησα 11 Β 17/3/23 Πελοπόννησος 12 Β 17/12/23 Αιγαίο 11 Β 22/1/24 Λήμνος 15 km/h 14 Β Πηγή: Γ. Μελανίτης, Ο καιρός και τα μυστικά του 18

ΜΕΓΕΘΗ ΑΝΕΜΩΝ ΤΡΟΠΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΝΩΝ ΙΑΠΩΝΙΑ Τροπική ύφεση Τροπική θύελλα 35-64 κόμβους Τροπικός κυκλώνας Κατηγορία Saffir- Simpson ΗΠΑ Μέγιστη ταχύτητα ανέμου (km/h) 1 117-153 2 154-177 3 178-29 4 21-249 5 > 249 2-34 κόμβους > 64 κόμβους Κατηγορία Κατηγορία Μέγιστη ταχύτητα ανέμου (km/h) 1 63-117 2 118-157 3 157-194 4 > 194 ΑΥΣΤΡΑΛΙΑ Μέγιστη ταχύτητα ανέμου (km/h) 1 < 125 2 125-17 3 17-225 4 225-28 5 > 28 19

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (1/2) Εικόνα 11: Αιολικές μηχανές οριζοντίου άξονα 2

Η εγκατάσταση υπεράκτιων αιολικών πάρκων κερδίζει συνεχώς έδαφος Το 22 κατασκευάστηκε το μεγαλύτερο πάρκο στη δυτική ακτή της Δανίας (Horns Rev) σε απόσταση 14-2 km μέσα στη Βόρεια Θάλασσα ενώ η κυβέρνηση στοχεύει να εγκαταστήσει 4 MW στα νερά της, έως το 23. Εικόνα 12: Υπεράκτια αιολικά πάρκα 21

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (2/2) Εικόνα 13: Αιολικές μηχανές κατακόρυφου άξονα Η κατακόρυφη Πλεονεκτήματα ανεμογεννήτρια του δεν χρειάζονται παραπάνω σχήματος είναι η πιο σύστημα διαδεδομένη. προσανατολισμού Ονομάζεται Darrieus η ηλεκτρική από τον Γάλλο γεννήτρια είναι μηχανικό που την κατοχύρωσε το 1931. στο έδαφος Μειονεκτήματα εκμεταλλεύονται μικρότερες ταχύτητες ανέμου (αφού είναι κοντά στο έδαφος) έχουν μικρότερο συντελεστή ισχύος η στερέωση στο έδαφος απαιτεί εγκαταστάσεις που καταλαμβάνουν μεγάλο εμβαδόν 22

ΧΡΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (1/2) ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Ανεξαρτησία από ορυκτά καύσιμα (δεν επιβαρύνει το περιβάλλον με αέριους ρύπους, παρέχει προστασία έναντι της αστάθειας τιμών των ορυκτών καυσίμων) Ιδιαίτερα φιλική στο περιβάλλον με αμελητέες επιδράσεις στη πανίδα και ελάχιστες απαιτήσεις γης Τεχνολογικά ώριμη, οικονομικά ανταγωνιστική, γρήγορη και τυποποιημένη συναρμολόγηση και εγκατάσταση Χαμηλό λειτουργικό κόστος Ελεύθερη, άφθονη και ανεξάντλητη πηγή ενέργειας Βοηθά στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος μειώνοντας απώλειες μεταφοράς ενέργειας Ενισχύει την ενεργειακή ανεξαρτησία κάθε χώρας Δημιουργεί θέσεις απασχόλησης στην περιφέρεια Σύστημα παραγωγής ενέργειας με μικρές απώλειες Ανεξάρτητη από κεντρικά δίκτυα διανομής 23

ΧΡΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (2/2) ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Ο εκπεμπόμενος θόρυβος προέρχεται από τα περιστρεφόμενα μηχανικά τμήματα και από την περιστροφή των πτερυγίων. Εκτιμάται σε περίπου 44 db σε απόσταση 2 m για ταχύτητα ανέμου 8 m/s Η οπτική όχληση είναι κάτι υποκειμενικό αλλά κάποιος που είναι ευνοïκά διακείμενος απέναντι στην ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας, αποδέχεται οπτικά τις ανεμογεννήτριες. Δεδομένου ότι οι ανεμογεννήτριες είναι ορατές από απόσταση, πρέπει να γίνεται προσπάθεια ενσωμάτωσης τους στο τοπίο. Η επίδραση στις γεωργικές και κτηνοτροφικές δραστηριότητες. Το 99 της γης που φιλοξενεί ένα αιολικό πάρκο είναι διαθέσιμο για άλλες χρήσεις. Το ποσοστό των πουλιών που σκοτώνονται ετησίως από πρόσκρουση σε ανεμογεννήτριες είναι ασήμαντο (.5) σχετικά με το αυτό που οφείλεται σε πρόσκρουση με οχήματα και τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (6). Πάντως θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στη χωροθέτηση τυχόν προστατευόμενες περιοχές και να εξετάζεται η τοποθέτηση συστήματος υπερήχων Η απρόβλεπτη διακύμανση ενέργειας που δίνουν οι αιολικές μηχανές Κατασκευή σημαντικών οδικών έργων σε απρόσιτες περιοχές 24

Επιφάνεια ανεμογεννητριών-φωτοβολταϊκών ισχύος 18 MW Τύπος: ENERCON E112 Ισχύς: 45 kw Διάμετρος: 114 m Αριθμός: 4 Επιφάνεια: 4828 m 2 Πύργος Αθηνών (13 m) Τύπος: ENERCON E-66 Ισχύς: 15 kw Διάμετρος: 66 m Αριθμός: 12 Επιφάνεια: 4154 m 2 Έκταση Φ/Β:.37 km 2 (.8 % της έκτασης του δήμου) Τύπος: VESTAS V-39 Ισχύς: 5 kw Διάμετρος: 39 m Αριθμός: 36 Επιφάνεια: 435 m 2 Τύπος: NORDEX N-27 Ισχύς: 25 kw Διάμετρος: 27 m Αριθμός: 72 Επιφάνεια: 41224 m 2 25

Μέτρον άριστον Εικόνα 14: Αιολικό πάρκο Ικαρίας Η εγκατεστημένη ισχύς στην Ικαρία σήμερα είναι 12.5 MW (από θερμοηλεκτρικό σταθμό και ανεμογεννήτρια). Η μέγιστη προβλεπόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας σε περίοδο αιχμής, είναι 9 MW. Η ολοκλήρωση της κατασκευής του υβριδικού έργου στη Δυτική Ικαρία το οποίο συνδυάζει υδατόπτωση και αιολική ενέργεια, θα δίνει στην Ικαρία ενεργειακή αυτονομία προσφέροντας 6.5 επιπλέον MW. 26 Πηγή: http://www.ikariamag.gr

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (1/2) Κύρια μέρη 1. Πύργος. Είναι κυλινδρικής μορφής κατασκευασμένος από χάλυβα και συνήθως αποτελείται από δύο η τρία συνδεδεμένα τμήματα. 2. Θάλαμος που περιέχει τα μηχανικά υποσυστήματα (κύριος άξονας, σύστημα πέδησης, κιβώτιο ταχυτήτων ηλεκτρογεννήτρια) Ο κύριος άξονας με το σύστημα πέδησης είναι παρόμοιος με τον άξονα των τροχών ενός αυτοκινήτου με υδραυλικά δισκόφρενα. Το κιβώτιο ταχυτήτων είναι παρόμοιας κατασκευής με εκείνο του αυτοκινήτου με την διαφορά ότι έχει μόνον μια σχέση. Η ηλεκτρογεννήτρια είναι παρόμοια με αυτές που χρησιμοποιούνται στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη. 3. Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου ασφαλούς λειτουργίας. Αποτελούνται από ένα η περισσότερα υποσυστήματα μικροελεγκτών και εξασφαλίζουν την εύρυθμη και ασφαλή λειτουργία της ανεμογεννήτριας σε όλες τις συνθήκες. 4. Τα πτερύγια. Είναι κατασκευασμένα από σύνθετα υλικά (υαλονήματα και ειδικές ρητίνες), σχεδιασμένα για να αντέχουν σε μεγάλες καταπονήσεις 27

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (1/2) Χαρακτηριστικά μεγέθη 1.Διάμετρος της πτερωτής D. Μια τυπική μηχανή 1 MW έχει διάμετρο πτερωτής 55 m 2. Ύψος τοποθέτησης Η. Συνήθως 1<Η/D<2 3. Πλήθος των πτερυγίων. Έχουν επικρατήσει οι αιολικές μηχανές με 3 πτερύγια. Με λιγότερα πτερύγια (2 ή 1) απαιτείται μεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής για το ίδιο ενεργειακό αποτέλεσμα που συνεπάγεται περισσότερο θόρυβο και φθορές, με μόνο πλεονέκτημα το μικρότερο κόστος. 4. Είδος των πτερυγίων (πάχος, υλικό). Οι πολύ συμπαγείς πτερωτές (πολλά ή φαρδιά πτερύγια) σημαίνει ότι ξεκινάνε τη λειτουργία τους με μικρές ταχύτητες ανέμου αλλά θα πρέπει να βγαίνουν εκτός λειτουργίας στις μεγάλες ταχύτητες Κλασικό παράδειγμα τέτοιων ανεμομύλων αποτελούν οι αμερικανικοί του 18 ου αιώνα οι οποίοι αντλούσαν σταθερά μικρή ποσότητα νερού όλο το χρόνο. 5. Ονομαστική ταχύτητα περιστροφής. Συνδέεται με παράγοντες όπως η συχνότητα του ηλεκτρικού δικτύου και η αντοχή των πτερυγίων σε φυγόκεντρες τάσεις. 6. Συντελεστής ισχύος C. Υπολογίζεται από το πηλίκο της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος προς την εισερχόμενη ενέργεια του αέρα. Ουσιαστικά είναι ο αεροδυναμικός βαθμός απόδοσης πτερωτής και έχει μέγιστο όριο την τιμή C<=16/27=.593 (όριο Betz, 1919). Πρακτικά στην περίπτωση καλού σχεδιασμού ο συντελεστής κυμαίνεται στο.35. 7. Ονομαστική ισχύς. Η μέγιστη ισχύς που μπορεί να παραγάγει η ανεμογεννήτρια 28

ΑΙΟΛΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (1/3) Θεωρητική αιολική ισχύς I= E / t = (1/2) m V 2 / t = (1/2) ρ L A V 2 / t = (1/2) ρ Α V 3 I αιολική ισχύς (W) E κινητική eνέργεια (J) t χρόνος (s) m μάζα αέρα (kg) V ταχύτητα ανέμου (m/s) ρ πυκνότητα αέρα (kg/m 3 ) A επιφάνεια αναφοράς (m 2 ) L διαδρομή ανέμου σε χρόνο t (m) A (m 2 ) Ονομαστική ισχύς ανεμογεννήτριας V (m/s) L (m) I = (1/2) C η Μ η Ε ρ Α V 3 C συντελεστής ισχύος η Μ βαθμός απόδοσης μηχανικού συστήματος η H βαθμός απόδοσης ηλεκτρομηχανικής μετατροπής 29

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (kw) ΑΙΟΛΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (2/3) Θεωρητική Ισχύς (kw) 4 3 Πυκνότητα αέρα:1.225 kg/m 3 Διάμετρος: 3 m 2 1 5 1 15 2 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Σχήμα 7: Θεωρητική αιολική ισχύς συναρτήσει της ταχύτητας Διάμετρος: 2 m Διάμετρος: 1 m 1 1 1 D =1 m I =.48 kw D =1 m I =48.1 kw D =1 m I =4.8 MW 1 1 1 1 1.1 Διάμετρος (m) Σχήμα 8: Θεωρητική ισχύς συναρτήσει της διαμέτρου (ταχύτητα 1 m/s) 3

ΩΡΕΣ ΑΝΑ ΕΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (kwh) ΩΡΕΣ ΑΝΑ ΕΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (kwh) ΩΡΕΣ ΑΝΑ ΕΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (kwh) 2 16 12 8 4 2 16 12 8 4 2 16 12 8 4 ΑΙΟΛΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (3/3) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Σχήμα 9: Θεωρητική αιολική ενέργεια για D=1 m 2 16 12 8 4 2 16 12 8 4 2 16 12 8 4 Ισοκατανομή ταχυτήτων ανέμου Συνολική ενέργεια: 929 kwh/y Μέση τιμή ταχύτητας: 1 m/s Ενέργεια μέσης τιμής: 4213 kwh/y Συμμετρική κατανομή ταχυτήτων ανέμου Συνολική ενέργεια: 74 kwh/y Μέση τιμή ταχύτητας: 1.5 m/s Ενέργεια μέσης τιμής: 4877 kwh/y Τυπική κατανομή ταχυτήτων ανέμου Συνολική ενέργεια: 257 kwh/y Μέση τιμή ταχύτητας: 7.2 m/s Ενέργεια μέσης τιμής: 1582 kwh/y 31

ΔΙΟΔΙΑ (EURO) ΕΙΣΠΡΑΞΕΙΣ (EURO) ΟΡΙΟ BETZ (1/3) Σε αυτοκινητόδρομο με συνεχή ροή τα αυτοκίνητα εισέρχονται σε σταθμό διοδίων με ταχύτητα V 1 =1 m/s και εξέρχονται με ταχύτητα (V 2 ) που είναι συνάρτηση της τιμής των διοδίων Τ (<=T<=1 EURO) και δίδεται από τη σχέση V 2 (m/s)=1-t. Ποια είναι η τιμή των διοδίων που μεγιστοποιεί τις ημερήσιες εισπράξεις; Διόδια Ταχύτητα εισόδου: V 1 =1 m/s Ταχύτητα εξόδου: V 2 =1-T m/s Τιμή (Τ): -1 EURO Εισπράξεις (EURO/h) 1 1 8 8 6 6 4 4 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ (m/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ (m/s) Σχήμα 1: Παράδειγμα ορίου Betz 32

V ταχύτητες ανέμου A επιφάνειες Q παροχή Εξίσωση συνέχειας Q=A 1 V 1 =AV A =A 2 V 2 => av A A 1 =AV A =bva 2 => A 1 =A/a και Α 2 =Α/b ΟΡΙΟ BETZ (2/3) V 1 =av A A 2 A 1 A V A V 1 V 2 Εξίσωση ενέργειας V 2 =bv A Αν ΔΕ είναι η ενέργεια ανά μονάδα εισερχόμενης μάζας που μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό τότε: ΔΕ=.5V 12 -.5V 22 =.5V A2 (a 2 -b 2 ) (1) Η διερχόμενη μάζα στη μονάδα του χρόνου είναι ρ*α*v A Άρα η παραγόμενη ισχύς (ενέργεια στη μονάδα του χρόνου) είναι P=ρΑV A ΔE=.5ρΑV A3 (a 2 -b 2 ) (2) Εξίσωση ορμής Η δύναμη (F) στην πτερωτή τότε F=ρQ(V 1 -V 2 )=ραv A (V 1 -V 2 )=ραv A2 (a-b) Το έργο (P) που παράγει η δύναμη (F) στη μονάδα του χρόνου (ισχύς) είναι: P=FV A =ραv A3 (a-b) (3) Συνδυάζοντας τις σχέσεις ενέργειας (2) και ενέργειας (3) προκύπτει:.5ραv A3 (a 2 -b 2 )=ραv A3 (a-b)=>.5(a-b)(a+b)=a-b=>a+b=2 (4) Άρα: V A =.5(V 1 +V 2 ) 33

ΟΡΙΟ BETZ (3/3) Pmax/Ptot (%) Συνδυάζοντας τις σχέσεις (3) και (4) η ισχύς (P) είναι: P=ρΑV A3 (2a-2)= 2ρΑV A3 (a-1) (5) Από την σχέση (5) η ισχύς P συναρτήσει της ταχύτητας ανέμου στο περιβάλλον πριν την εγκατάσταση V 1 είναι : P=2ρΑ(V 1 /a) 3 (a-1)=2ρα(v 1 ) 3 (a -2 -a -3 ) (6) Η ισχύς P μεγιστοποιείται όταν μηδενίζεται η πρώτη παράγωγος ως προς a -2a -2 +3a -4 = άρα a=1.5, b=.5 και V 1 =3V 2 Από τη σχέση (6) η μέγιστη δυνατή ισχύς P P max =2ρΑ(V 13 (2/3) 3 (3/2-1)= max είναι: (2/3) 3 ρα(v 1 ) 3 Μηδενίζοντας την ταχύτητα ανέμου εξόδου V 2 (b=, a=2) παίρνουμε το σύνολο της ισχύος (P tot ) που από τη σχέση (2) είναι: P tot =.5ρΑV 1 3 Ο λόγος C (όριο Bentz) της μέγιστης ισχύος που μπορούμε να εκμεταλλευτούμε (P max ) προς την θεωρητικά μέγιστη (P tot ) είναι: C=P max /P tot =2(2/3) 3 =.593 Απόδειξη: Δ. Κουτσογιάννης 21 1 8 6 4 2.2.4.6.8 1 V2/V1 Σχήμα 11: Σχέση P max /P tot προς V 1 /V 2 34

ΙΣΧΥΣ (kw) ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (1/3) Η σχέση μεταξύ της καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από μία ανεμογεννήτρια και της ταχύτητας του ανέμου στη συγκεκριμένη θέση. 3 25 Ταχύτητα που η γεννήτρια αρχίζει να παράγει ρεύμα 2 15 1 5 5 1 15 2 25 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Σχήμα 12: Καμπύλες ισχύος ανεμογεννήτριας Ταχύτητα που σταματάει η πτερωτή να περιστρέφεται για να μην καταστραφεί Αν και υπάρχει η θεωρητικά υπολογιζόμενη απόδοση της ανεμογεννήτριας, οι καμπύλες ισχύος συνήθως εκτιμώνται εμπειρικά, από μετρήσεις πεδίου της ταχύτητας ανέμου με ανεμόμετρο και της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος. Υπάρχουν αβεβαιότητες στην εκτίμηση των καμπυλών που σχετίζονται με: (α) τη μέτρηση της ταχύτητας και 35 (β) την ποσότητα του αέρα που εισέρχεται στην πτερωτή

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (2/3) Συντελεστής ισχύος (Power coefficient) Ο λόγος της ισχύος που παράγει η ανεμογεννήτρια σε κάθε ταχύτητα ανέμου, προς τη θεωρητική..5.25 1 2 m/s Σχήμα 13: Διακύμανση συντελεστή ισχύος τυπικής ανεμογεννήτριας σε σχέση με την ταχύτητα ανέμου Τα χαρακτηριστικά της ανεμογεννήτριας όπως η έναρξη-λήξη λειτουργίας και μέγιστη τιμή (.45) είναι επιλογή των κατασκευαστών της 36

Ισχύς (kw) Ισχύς (kw) ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (3/3) Μοντέλο Zeus 225/4 Skystream 3.7 Μέγιστη ισχύς (kw) 225 2.4 Διάμετρος (m) 29.8 3.72 Ύψος (m) 48.7 1-18 Ταχύτητες λειτουργίας (m/s) 4-25 3.5-25 Ταχύτητα μέγιστης ισχύος (m/s) 15 13 Συντελεστής μέγιστης ισχύος.16.17 Τιμή 335. $ 12-18. $ 25 2.5 2 2 1 1 Σχήμα 14: Καμπύλες ισχύος ανεμογεννητριών 15 25 Ταχύτητα ανέμου (m/s) 15 37 25 Ταχύτητα ανέμου (m/s)

ΧΡΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (1/4) ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ Παγκόσμια εγκατεστημένη αιολική ισχύς 47912 MW (24) και 58982 MW (25) ΧΩΡΑ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ (MW) 24 25 Γερμανία 16629 18428 Ισπανία 8263 127 ΗΠΑ 6725 9149 Δανία 3124 3128 Ινδία 3 443 Ιταλία 1265 1717 Ολλανδία 178 1219 Ιαπωνία 896 14 Βρετανία 888 1353 Κίνα 764 126 Σύνολο 42632 51751 ΠΟΣΟΣΤΟ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗΣ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Δανία 19 Αυστραλία 12.5 Γερμανία 5.5 Ιρλανδία 2 ΗΠΑ.4 Ελλάδα.35 38

ΧΡΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (2/4) Συνολική εγκατεστημένη ισχύς: 1621.27 MW. Στα μη διασυνδεδεμένα νησιά τα 281.2 MW και στο διασυνδεδεμένο σύστημα τα 134.25 MW Σχήμα 15: Εγκατεστημένη ισχύς στην Ελλάδα σε ΜW (Οκτώβριος 211) Πηγή: Ελληνική Επιστημονική Ένωση Αιολικής Ενέργειας (ΕΛΕΤΑΕΝ) 39

ΧΡΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (3/4) Εγκατεστημένη αιολική ισχύς (MW) και ποσοστό της (%) στον κόσμο (29) Χώρα ΜW % Χώρα ΜW % US 35159 22. Greece 1198.7 China 25853 16.1 Ireland 1187.7 Germany 25813 16.1 Brazil 935.6 Spain 18784 11.7 Poland 849.5 India 1827 6.8 Other Asia Pacific 796.5 Italy 4845 3. Belgium 65.4 France 4775 3. Egypt 552.3 United Kingdom 434 2.7 New Zealand 467.3 Portugal 3474 2.2 Mexico 453.3 Other Europe & Eurasia 3423 2.1 Other S. & Cent. America 321.2 Denmark 348 2.1 Morocco 254.2 Canada 3321 2.1 Other Africa 28.1 Netherlands 2226 1.4 Costa Rica 129.1 Japan 228 1.4 Finland 117.1 Australia 1886 1.2 Iran 91.1 Sweden 1537 1. Argentina 33. 4

MW ΧΡΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (4/4) 1 1 1 1 Βόρεια Αμερική Κεντρική και Νότια Αμερική Ευρώπη Μέση Ανατολή Αφρική Ασία και Ειρηνικός Κόσμος Ελλάς 1 1 1 199 1992 1994 1996 1998 2 22 24 26 28 ΕΤΟΣ Σχήμα 16: Χρονική εξέλιξη εγκατεστημένης αιολικής ισχύος (MW) σε διάφορες περιοχές 41

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΡΓΟΥ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (1/2) Εκτίμηση αιολικού δυναμικού Εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων Άδεια κατασκευής Σχεδιασμός έργου Κατασκευή Ανεμογεννήτριας Οδικής πρόσβασης Γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος Υποσταθμού ηλεκτρικού ρεύματος 42

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΡΓΟΥ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (2/2) Μέτρηση Αιολικού δυναμικού μετρήσεις αιολικού δυναμικού απαραίτητες για σχεδιασμό και καλό προγραμματισμό λειτουργίας αιολικού σταθμού εκτίμηση του διαθέσιμου αιολικού δυναμικού μιας περιοχής πολύ ευαίσθητη στις διακυμάνσεις ταχύτητας του ανέμου κατάλληλη επιλογή θέσης μέτρησης, εξειδικευμένο προσωπικό και εμπειρία εγκατάσταση μεταλλικού ιστού ύψους τουλάχιστον 1 m στον οποίο τοποθετούνται ένα ή περισσότερα ανεμόμετρα και ανεμοδείκτες για τουλάχιστον 1 έτος Χωροθέτηση εντοπισμός κατάλληλων περιοχών (με πλούσιο αιολικό δυναμικό) με σκοπό την μεγαλύτερη δυνατή χωρική συγκέντρωση αιολικών πάρκων καθιέρωση κανόνων χωροθέτησης με σκοπό την αρμονική ένταξη τους στο φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον και περιορισμό των συγκρούσεων χρήσεων γης ορισμός περιοχών Αιολικής προτεραιότητας 43

ΑΙΟΛΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (1/2) Αιολικό δυναμικό Εικόνα 15: Αιολικό δυναμικό Ελλάδος Πηγή: ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας) 44

ΑΙΟΛΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (ΚΑΠΕ 21) (2/2) Σχήμα 17: Αιολικό δυναμικό Ελλάδος Πηγή: ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας) 45

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (1/3) Επιλογή θέσης ανεμογεννητριας Μελέτη για τον προσδιορισμό της διεύθυνσης και της ταχύτητας των επικρατούντων ανέμων Εντοπισμός των φυσικών και τεχνητών εμποδίων Εκτίμηση της τραχύτητας του εδάφους Καταγραφή του υπάρχοντος στην περιοχή ηλεκτρικού δικτύου Εκτίμηση της ευκολίας υλοποίησης κατασκευών (πρόσβαση στη θέση, μορφολογία εδάφους) Όταν ο αέρας έχει φύγει από ανεμογεννήτρια έχει χάσει την ενέργειά του και έτσι στην περίπτωση των αιολικών πάρκων οι αποστάσεις μεταξύ δύο ανεμογεννητριών πρέπει να είναι 5-9 φορές την διάμετρο της πτερωτής (στη διεύθυνση των επικρατούντων ανέμων) και 3-5 φορές (κάθετα στη επικρατούσα διεύθυνση). Γενικά σε αιολικά πάρκα οι απώλειες κυμαίνονται από 5 έως 15 Όταν ο αέρας βρει άνοιγμα, η ταχύτητα του μπορεί να αυξηθεί έως και 5 (tunnel effect) Η ταχύτητα ανέμου αυξάνεται στις κορυφές λόφων (hill effect) Εικόνα 16: Φαινόμενο πάρκου 46

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (2/3) Επικρατών άνεμος Περιοχή έντονα διαταραγμένης ροής ανέμου Η Η 2Η 2Η 2Η Εικόνα 17: Επιλογή θέσης ανεμογεννήτριας σε σχέση με εμπόδιο Σημαντική επίδραση έχει η ανεμοπερατότητα (porosity) του εμποδίου. Η ανεμοπερατότητα ενός συμπαγούς εμποδίου (π.χ. κτιρίου) έχει την τιμή, ενώ στην περίπτωση μη συμπαγούς εμποδίου (π.χ. συγκροτήματος κτιρίων) υπολογίζεται ως το πηλίκο της ανοικτής επιφάνειας προς τη συνολική επιφάνεια. 47

ΑΙΟΛΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (3/3) Επίδραση εμποδίου ύψους 2 m και μήκους 6 m σε ανεμογεννήτρια ύψους 5 m και σε απόσταση 3 m Σχήμα 18: Ποσοστό ταχύτητας ανέμου Σχήμα 19: Ποσοστό αιολικής ενέργειας 48

ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ (% ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ (% ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ (% ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ (% ΠΟΣΟΣΤΟ ΕΤΟΥΣ (%) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΕΜΟΛΟΓΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 4 3 ΠΕΝΤΕΛΗ ΨΥΤΑΛΛΕΙΑ 2 1 Πεντέλη -1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-1 >1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Ψυτάλλεια 4 3 ΕΜΠΕΙΡΙΚΗ WEIBULL 4 3 ΕΜΠΕΙΡΙΚΗ WEIBULL 2 2 1 1-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-1 >1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) -1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-1 >1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 1 1 8 ΕΜΠΕΙΡΙΚΗ 8 6 4 WEIBULL 6 4 ΕΜΠΕΙΡΙΚΗ WEIBULL 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Σχήμα 2: Ανεμολογικά δεδομένα Πεντέλης και Ψυτάλλειας 49

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΕΜΟΛΟΓΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ u2 u 1 ln ln Υψομετρική μεταβολή της ταχύτητας ανέμου z z z z 2 1 όπου u 1, u 2 η ταχύτητα ανέμου σε ύψη z 1 και z 2 αντίστοιχα z η παράμετρος τραχύτητας Τυπικές τιμές της παραμέτρου τραχύτητας z για διάφορες φυσικές επιφάνειες (cm) Πάγος.1 Ασφαλτοστρωμένη επιφάνεια.2 Υδάτινη επιφάνεια.1-.6 Χλόη ύψους μέχρι 1cm.1 Χλόη ύψους μέχρι 1-1 cm.1-.2 Χλόη-σιτηρά κλπ ύψους 1-5 cm 2-5 Φυτοκάλυψη ύψους 1-2 m 2 Δένδρα ύψους 1-15 m 4-7 Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 1999 5

ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΜΦΑΝΙΣΗΣ (% ΕΝΕΡΓΕΙΑ (MWh/ΕΤΟΣ) ΙΣΧΥΣ (kw) ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3 25 2 15 1 5 1 1 4 7 1 13 16 19 22 25 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Σχήμα 21: Καμπύλη ισχύος ανεμογεννήτριας Wincon w25/29 1 8 6 8 6 4 2 1 4 7 1 13 16 19 22 25 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 4 2 1 4 7 1 13 16 19 22 25 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Σχήμα 23: Ετήσια παραγόμενη ενέργεια Σχήμα 22: Κατανομή ταχύτητας ανέμου 51

ΙΣΧΥΣ (kw) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (MWh/y) ΙΣΧΥΣ (kw) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (MWh/y) ΙΣΧΥΣ (kw) ΕΝΕΡΓΕΙΑ (MWh/y) ΩΡΕΣ ΑΝΑ ΕΤΟΣ Κατανομή ταχυτήτων 1 8 6 4 2 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σχήμα 24: Καταλληλότητα καμπύλης ισχύος σε σχέση με τα ανεμολογικά χαρακτηριστικά 25 Ενέργεια (MWh) Σύνολο (MWh) Καμπύλη 1 4 3 2 1 Αρχή λειτουργίας Τέλος λειτουργίας 2 15 1 5 165 Καμπύλη 2 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 Αρχή λειτουργίας ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Τέλος λειτουργίας 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 135 Καμπύλη 3 5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 Αρχή λειτουργίας ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) Τέλος λειτουργίας 25 2 15 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 1124 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΕΜΟΥ (m/s) 52

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Συντελεστής δυναμικότητας (Capacity Factor) Η ποσότητα της ενέργειας που παράγει η ανεμογεννήτρια σε ένα έτος ως προς αυτή που θα μπορούσε θεωρητικά να παραχθεί με πλήρη λειτουργία (8766 ώρες) Παράδειγμα: Μία ανεμογεννήτρια 6 kw παράγει 1.5. kwh σε ένα έτος Ο συντελεστής δυναμικότητας είναι: 15 /(8766*6)=.285 = 28.5% Συνήθως ο συντελεστής δυναμικότητας κυμαίνεται από.3 -.7. 53

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (1/3) Εικόνα 1: Οι οκτώ βοηθοί του Αιόλου απεικονίζονται στον πύργο των Αέρηδων (κτίσμα του 1ου π.χ. αιώνα) στην Πλάκα, Ελένη Παπακυριάκου/Αναγνώστου 23, CC: BY-NC-SA Εικόνα 3: Αναπαράσταση του Πύργου των Ανέμων, J. Stuart & N.Revett, CC: BY-NC-SA Εικόνα 4: Αντίγραφο του πρώτου Περσικού μύλου, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 5: Μεσογειακός, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 6: Αμερικάνικος (18oς αιώνας), "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 7: Δανικός, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." 54

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (2/3) Εικόνα 8: Ολλανδικός, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 9: Αγγλικός, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 11: Αιολικές μηχανές οριζοντίου άξονα, 11γ) http://telosnet.com/wind/, CC: BY-NC-SA Εικόνα 12: Υπεράκτια αιολικά πάρκα, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 14: Αιολικό πάρκο Ικαρίας, http://www.ikariamag.gr, CC: BY- NC-SA Σχήμα 15: Εγκατεστημένη ισχύς στην Ελλάδα σε ΜW (Οκτώβριος 211), Ελληνική Επιστημονική Ένωση Αιολικής Ενέργειας (ΕΛΕΤΑΕΝ), CC: BY-NC-SA 55

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (3/3) Εικόνα 15: Αιολικό δυναμικό Ελλάδος, ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας), CC: BY-NC-SA Σχήμα 17: Αιολικό δυναμικό Ελλάδος, ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας), CC: BY-NC-SA Εικόνα 16: Φαινόμενο πάρκου, http://www.windpower.org, CC: BY- NC-SA 56

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» 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. 57