Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΜΘ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΤΕ Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΑΠΕ Dr. C. Potolias ΚΑΒΑΛΑ 2015

Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Οικονομοτεχνικά εκμεταλλεύσιμες ΑΠΕ Αιολική Υδροηλεκτρική Ηλιακή Γεωθερμική Βιομάζα Κυματική

Γειτνίαση περιοχής με θάλασσα Άνεμος Προκαλείται Ηλιακή ακτινοβολία (2% της ηλιακής μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του ανέμου) Μεγέθη Ισχύς ανέμου του πλανήτη 1020 Watts Ενεργειακές ανάγκες πλανήτη 1013 Watts Επηρεάζεται Περιστροφή της γης Ανάγλυφο περιοχής Γειτνίαση περιοχής με θάλασσα

Χαρακτηριστικά του Ανέμου Προκειμένου να μελετηθεί: Εκτίμηση της ενέργειας που περικλείει ο άνεμος Χωροθέτηση εγκατάστασης Αιολικών συστημάτων Ταχύτητα του ανέμου Διεύθυνση του ανέμου Επικρατούσα στην περιοχή ανατάραξη Στροβιλισμός του ανέμου Κατανομή του ανέμου

Ταχύτητα του Ανέμου m/s Ιδιαίτερα μεταβλητό μέγεθος Σημαντικές μεταβολές μέσα σε χρονικό διάστημα (sech) Οι διακυμάνσεις μπορούν να θεωρηθούν τυχαίες Σημαντική εξάρτηση από τα χαρακτηριστικά του εδάφους Η στιγμιαία ταχύτητα του ανέμου είναι το άθροισμα της μέσης ταχύτητας και της διακύμανσης γύρω από την μέση τιμή:

Μέση ταχύτητα του Ανέμου Για T=10min T

Μέγιστη Ταχύτητα του Ανέμου Εξαρτάται από την γεωγραφική θέση της περιοχής και τα χαρακτηριστικά του εδάφους Υπολογίζεται: Με δεδομένα ωριαίων τιμών της ταχύτητας του ανέμου υπολογίζεται η μέγιστη ωριαία και στην συνέχεια η μέγιστη ημερήσια ταχύτητα του ανέμου Για 20ετή και μεγαλύτερη χρονοσειρά ορίζουμε ως δείγμα μέγιστων ταχυτήτων ανέμου τις μέγιστες ετήσιες τιμές Με τον στατιστικό νόμο των ακραίων τιμών εκτιμάται η μέγιστη ταχύτητα που αναμένεται να ξεπεραστεί κατά μέσο όρο μια φορά τουλάχιστον σ’ ένα αριθμό ετών. Ο αριθμός των ετών καθορίζει και τον χρόνο ζωής της Α/Γ κάτω από κανονικές συνθήκες λειτουργίας

Ριπές του Ανέμου Αιφνίδια μικρής διάρκειας (~20sec) αύξηση της ταχύτητας του ανέμου Συνήθως ξεπερνά τα 9m/sec και διαφέρει από τα συνήθη επίπεδα περίπου κατά 4-5 m/sec Επηρεάζουν τις αντοχές της ανεμογεννήτριας Αν οι ριπές διαρκέσουν περισσότερο από 30 sec θα πρέπει να υπάρχει πρόβλεψη η Α/Γ να τεθεί εκτός λειτουργίας Ριπή

Διεύθυνση του Ανέμου Διεύθυνση του ανέμου ορίζεται το σημείο του ορίζοντα από το οποίο φυσά ο άνεμος σε σχέση με την θέση στην οποία μετράμε Η διεύθυνση του ανέμου μεταβάλλεται συνεχώς γύρω από μία μέση θέση εμφανίζοντας όμως μικρότερες διακυμάνσεις από την ταχύτητα του ανέμου Κύριες διευθύνσεις του ανέμου Οι διευθύνσεις του ανέμου που συνεισφέρουν τουλάχιστον 10% στην συνολική διαθέσιμη αιολική ενέργεια Εξαρτώνται από τους προσανατολισμούς των τοποθεσιών, από την βλάστηση και από τα χαρακτηριστικά του εδάφους (λόφοι, βουνά, κοιλάδες, κτίρια) Επικρατούσες διευθύνσεις του ανέμου Οι διευθύνσεις που εμφανίζουν στην περιοχή που μελετάμε την μεγαλύτερη συχνότητα

Τραχύτητα εδάφους Η τραχύτητα του εδάφους εκφράζει το είδος του εδάφους Τα μεγέθη που εκφράζουν την τραχύτητα του εδάφους είναι το μήκος τραχύτητας zo και η κλάση (κατηγορία) τραχύτητας Το μήκος τραχύτητας ορίζεται για επιφάνειες με ομοιόμορφη κατανομή στοιχείων τραχύτητας και επηρεάζεται από την πυκνότητα των εδαφικών χαρακτηριστικών Για επίπεδη περιοχή με τα στοιχεία τραχύτητας να καταλαμβάνουν 10-20% το zo συνδέεται με το μέσο ύψος (h) των στοιχείων τραχύτητας με την σχέση: zo=0.15h Αν zo <=0.03 Κλάση=1.699823015+ln(zo)/ln(150) Αν zo >0.03 Κλάση=3.912489289+ln(zo)/ln(3.3333333)

Κατηγορίες τραχύτητας εδάφους

Κατηγορία τραχύτητας 1: Ανοικτές περιοχές χωρίς σοβαρά εμπόδια Κατηγορία τραχύτητας 2: Καλλιεργημένη περιοχή με ορισμένα εμπόδια σε απόσταση μεγαλύτερη των 1000m μεταξύ τους και μερικά σπίτια. Το έδαφος είναι επίπεδο ή κυματώδες με δέντρα και σπίτια Κατηγορία τραχύτητας 3: Συνδυασμός δάσους και καλλιεργημένης περιοχής με πολλά εμπόδια στα περίχωρα της πόλης. Τα εμπόδια είναι κοντά μεταξύ τους σε αποστάσεις μικρότερες από μερικές εκατοντάδες μέτρα

Ανατάραξη του αέρα Η διακύμανση της ταχύτητας του αέρα γύρω από την μέση τιμή: Η ένταση Ι της ανατάραξης του αέρα ορίζεται ως (σ v η τυπική απόκλιση):

Ανατάραξη του αέρα – τραχύτητα εδάφους Η ένταση της ανατάραξης εξαρτάται από την τραχύτητα του εδάφους και μπορεί να υπολογιστεί με βάση το μήκος τραχύτητας Για zo<= 0.20m Για zo> 0.20m

Αναταράξεις του αέρα Οι αναταράξεις είναι ένα από τα βασικά μεγέθη στο σχεδιασμό των αιολικών εγκαταστάσεων γιατί δεν επιδρά μόνο στην συνολική παραγόμενη ισχύ, αλλά και στην όλη εγκατάσταση του συστήματος

Στροβιλισμός Οι αναταράξεις του αέρα δημιουργούν τυχαίους στροβιλισμούς του αέρα λόγω της ύπαρξης διαφόρων χαρακτηριστικών της επιφάνειας του εδάφους Τα εμπόδια στο έδαφος συχνά δημιουργούν οργανωμένους στροβίλους Οι οργανωμένοι στρόβιλοι επηρεάζουν τόσο την ισχύ του άνεμου όσο και την όλη εγκατάσταση του συστήματος αιολικής ενέργειας

Διαστήματα νηνεμίας 5 m/s 3 m/s 2 m/s 5 10 15 Μέσος αριθμός περιόδων μη παραγωγικών ανέμων Εύρος (ημέρες) 5 m/s 3 m/s 2 m/s 5 10 15 Τα διαστήματα αυτά προσδιορίζουν τις χρονικές περιόδους που η εγκατάσταση είναι εκτός λειτουργίας ή με μικρή παροχή ισχύος Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να έχει προβλεφθεί εναλλακτική παροχή ενέργειας στην κατανάλωση

Κατανομή του ανέμου Η κατανομή του ανέμου εκφράζει τις μεταβολές του ανέμου σε σχέση με το ύψος

Επεξεργασία δεδομένων του ανέμου Ταχύτητα ανέμου Συχνότητα Καμπύλη Διάρκειας Ταχύτητα ανέμου Διάρκεια (ημέρες) Καμπύλη Συχνότητας Για την εκτίμηση του αιολικού δυναμικού μιας περιοχής απαιτούνται αναλυτικά δεδομένα της κατανομής συχνοτήτων των διαφόρων ταχυτήτων του ανέμου και μάλιστα κατά διεύθυνση ώστε να είναι δυνατός ο προσδιορισμός των κύριων διευθύνσεων του ανέμου

Χρονικές μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου Για τον υπολογισμό του αιολικού δυναμικού μιας περιοχής δεν επαρκεί μόνο η γνώση της ταχύτητας του ανέμου Απαιτούνται αναλυτικές πληροφορίες για την κατανομή πιθανότητας εμφάνισης διαφόρων τιμών ταχύτητας στο χρόνο Ανάγκη για την αξιολόγηση εγκατάστασης αιολικών μηχανών σε περιοχή η στατιστική επεξεργασία και η δημιουργία διαγραμμάτων πυκνότητας, πιθανότητας, και διάρκειας ανέμων Απαιτούνται μακροχρόνιες και αναλυτικές μετρήσεις Ανάγκη δημιουργίας μοντέλων για την περιγραφή του τοπικού αιολικού δυναμικού βάσει μικρού αριθμού παραμέτρων Αναλυτικές κατανομές πιθανότητας Weibull Rayleigh

Κατανομή Weibull Η κατανομή Weibull περιγράφει ικανοποιητικά τα ανεμολογικά χαρακτηριστικά σε περιοχή και για ύψος μέχρι 100m Η πυκνότητα πιθανότητας P(V) συνάρτηση της ταχύτητας του ανέμου V στην κατανομή Weibull δίνεται από τη σχέση k είναι παράμετρος μορφής σχετίζεται με την μορφή της κατανομής και είναι καθαρός αριθμός. c παράμετρος κλίμακας της κατανομής, σχετίζεται με την μέση τιμή του ανέμου και μετριέται σε m/s

Η παράμετρος c είναι ανάλογη με την μέση ταχύτητα: Όπου Γ η συνάρτηση ΓΑΜΜΑ Η μέση ταχύτητα του ανέμου δίνεται από την εξίσωση:

Η παράμετρος k είναι αντιστρόφως ανάλογη της διακύμανσης σ2 των ταχυτήτων του ανέμου ως προς την μέση ταχύτητα: Μεγαλύτερες τιμές του k εκφράζουν μικρότερη διασπορά των ταχυτήτων του ανέμου και συνεπώς μεγαλύτερη συγκέντρωση γύρω από την μέση τιμή

Μ.Ο ταχύτητας ανέμου (ΠΗΓΗ ΚΑΠΕ)

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑ - ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΕΜΟΥ Οι μετρήσεις αιολικού δυναμικού είναι απαραίτητες για το σχεδιασμό και τον καλό προγραμματισμό λειτουργίας ενός αιολικού σταθμού Οι μετρήσεις προϋποθέτουν την εγκατάσταση ενός μεταλλικού ιστού ύψους από 10 έως 60m στον οποίο τοποθετούνται ένα ή περισσότερα ανεμόμετρα και ανεμοδείκτες. Οι μετρήσεις διαρκούν συνήθως ένα χρόνο για να καλυφθούν όλες οι εποχιακές διακυμάνσεις που μπορεί να παρουσιάζονται σε μία συγκεκριμένη περιοχή Τα αποτελέσματα των μετρήσεων συγκεντρώνονται με συστήματα μετάδοσης κάνοντας χρήση των τηλεπικοινωνιακών δικτύων Υπολογιστικό εργαλείο http://www.cres.gr/windrose

Ανεμόμετρα Μετρήσεις με εγκατάσταση ενός μεταλλικού ιστού ύψους από 10 έως 60m στον οποίο τοποθετούνται ένα ή περισσότερα ανεμόμετρα και ανεμοδείκτες Οι μετρήσεις διαρκούν συνήθως ένα χρόνο για να καλυφθούν όλες οι εποχιακές διακυμάνσεις που μπορεί να παρουσιάζονται σε μία συγκεκριμένη περιοχή Τα αποτελέσματα των μετρήσεων συγκεντρώνονται με τη βοήθεια συστημάτων μετάδοσης, διασφαλίζοντας καθημερινή και έγκαιρη ενημέρωση σχετικά με την κατάσταση του εξοπλισμού, συστηματική και αυτοματοποιημένη παρακολούθηση των μετρήσεων

Ερωτήσεις