ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΔΑΡΔΑΝΕΛΙΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΗΣ Πτυχιακή Εργασία των: Επιβλέπων Πτυχιακής Εργασίας: Κατσίκης Σπυρίδων Δημήτριος Μισηρλής Καραουλάνης Αριστοτέλης Σέρρες, 2015

Στόχοι της πτυχιακής εργασίας Θεωρητική ανάλυση της παλιρροϊκής ενέργειας Επεξήγηση της λειτουργίας και των τύπων υδροστροβίλων Διερεύνηση των μηχανικών στοιχείων των υδροστροβίλων Λήψη μετρήσεων των υποθαλάσσιων ρευμάτων Τρόποι υπολογισμού και παρουσίασης της ετήσιας παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας Σύγκριση αποτελεσμάτων με τις απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια δημοσιευμένων στοιχείων

Γενικές Έννοιες

Υδροστρόβιλοι Δράσης(Pelton) Αντίδρασης Μη ελικοφόροι (francis) Ελικοφόροι (Kaplan)

Το φαινόμενο της παλίρροιας Παλιρροϊκή ενέργεια Ορίζεται ως η μετατροπή της ενέργειας των παλιρροιών σε ηλεκτρική ενέργεια και εξάγεται από την σχετική κίνηση μεγάλων μαζών του νερού

Πιθανές περιοχές με μεγάλη εξαγόμενη ενέργεια:

Πλεονεκτήματα της Παλιρροιακής Ενέργειας: Είναι μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας Είναι φιλική προς το περιβάλλον Το 71% της επιφάνειας της Γης είναι καλυμμένο από νερό. Υπάρχει δηλαδή η έκταση για να παραχθεί αυτή η ενέργεια σε μεγάλη κλίμακα Μπορούμε να προβλέψουμε την άνοδο και την κάθοδο των παλιρροιών Το κόστος συντήρησης είναι σχετικά χαμηλό Η έκταση της παλιρροιακής ενέργειας είναι σχετικά μεγαλύτερη από άλλες μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Η αποδοτικότητα της παλιρροιακής ενέργειας είναι αρκετά μεγαλύτερη σε σύγκριση με την ηλιακή και την αιολική. Περίπου 80%

Μειονεκτήματα της Παλιρροικής Ενέργειας: Το κόστος κατασκευής μια μονάδας παραγωγής ενέργειας είναι αρκετά μεγάλο Η κατασκευή μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας είναι δύσκολη γιατί οι ιδανικές τοποθεσίες περιορίζονται σε παράκτιες περιοχές μόνο Είναι πολύ πιθανόν να προκληθεί ζημιά στις μονάδες παραγωγής ενέργειας από την ένταση των θαλάσσιων κυμάτων Επηρεάζει την υδρόβια ζωή σε σημείο που μπορεί να προκαλέσει αναστάτωση στην μετανάστευση των ψαριών

Τύποι Υδροστροβίλων Δύο μεγάλες κατηγορίες: Αξονικής ροής: Η ροή του παλιρροϊκού ρεύματος είναι παράλληλη προς τον άξονα περιστροφής του δρομέα Εγκάρσιας ροής: Το ρεύμα νερού να διασχίζει εγκαρσίως τον άξονα περιστροφής της πτερωτής

Μηχανικά μέρη υδροστρόβιλου Πτερύγια Το HUB Το σύστημα ελέγχου βήματος Τα ρουλεμάν Ο θάλαμος Το σύστημα μετάδοσης κίνησης Το κιβώτιο ταχυτήτων Η γεννήτρια Ο μετατροπέας

Χρήσιμες Εξισώσεις Εξίσωση ενέργειας Εξίσωση Ισχύος Τρίγωνα ταχυτήτων w=c-u U=ω*r

Τοποθεσία Εγκατάστασης Στοβιλομηχανής και μετρήσεις ταχυτήτων ρευμάτων

Τοποθεσία:

Μέση ταχύτητα ανα μήνα: ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ ΜΑΡΤΙΟΣ ΑΠΡΙΛΙΟΣ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ m/s 0,32 0,24 0,23 0,21 0,16 0,11

Αποτελέσματα πινάκων και η διαδικασία που ακολουθήθηκε

Συνολικό διάνυσμα ταχύτητα υποθαλάσσιου ρεύματος Σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν στους υπολογισμούς P=1/2*ρ*Cp*A*U^3 Συνολικό διάνυσμα ταχύτητα υποθαλάσσιου ρεύματος Εξίσωση ισχύος με την χρήση ορίου του Betz Εξίσωση ετήσιας παραγόμενης ενέργειας E(kWh) = P(W) × t(hr) / 1000

Εξετάστηκαν δύο σενάρια: Για πτερύγιο 5m: Για πτερύγιο 10m: Απόσταση από την επιφάνεια της θάλασσας 20m Βάθος 50m Διάμετρος Δρομέα 10m Μήκος Πτερυγίου 5m Ύψος Βάσης Στροβιλομηχανής 25m Απόσταση από την επιφάνεια της θάλασσας 15m Βάθος 50m Διάμετρος Δρομέα 20m Μήκος Πτερυγίου 10m Ύψος Βάσης Στροβιλομηχανής 25m

Αποτελέσματα Ισχύος και Ενέργειας Για πτερύγιο 5m: Για πτερύγιο 10m: ΜΗΝΑΣ ΜΕΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ U (m/s) ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ P (W) ΠΑΡΑΓΟΜΕΝ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ (kWh) ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 0,32 814,36 605,88 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 0,24 324,84 218,29 ΜΑΡΤΙΟΣ 0,23 271,48 201,98 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 0,21 207,99 149,76 ΜΑΙΟΣ 0,16 100,47 74,75 ΙΟΥΝΙΟΣ 0,11 30,65 22,07 ΙΟΥΛΙΟΣ 34,16 25,42 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 0,06 4,23 3,15 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 0,07 7,41 5,34 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 0,14 61,20 45,53 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 0,38 1268,92 913,62 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 0,42 1820,80 1354,67 ΕΤΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Ε) 3620,46 ΜΗΝΑΣ ΜΕΣΗ ΤΑΧΥΤΥΤΑ U (m/s) ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ P (W) ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (kWh) ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 0,32 3257,43 2423,52 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 0,24 1299,35 873,17 ΜΑΡΤΙΟΣ 0,23 1085,92 807,93 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 0,21 831,98 599,02 ΜΑΙΟΣ 0,16 401,90 299,01 ΙΟΥΝΙΟΣ 0,11 122,59 88,27 ΙΟΥΛΙΟΣ 136,64 101,66 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 0,06 16,93 12,59 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 0,07 29,65 21,35 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 0,14 244,80 182,13 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 0,38 5075,67 3654,48 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 0,42 7283,20 5418,70 ΕΤΗΣΙΑ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (Ε) 14481,83

Για πτερύγιο 5m: Για πτερύγιο 10m:

Για πτερύγιο 5m: Για πτερύγιο 10m:

Οικονομοτεχνική Ανάλυση

Θεσμικό Πλαίσιο Διπλασιασμός της συμμετοχής των ΑΠΕ στο σύνολο της ενεργειακής κατανάλωσης της Ευρωπαϊκής Ένωσης μέχρι το 2010, ώστε να φτάσει στο 12% από το 6% που ήταν το 1995 Κάλυψη του 22,1 % της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ βάση της οδηγίας 2001/77/ΕΚ του Ευρωπαϊκού κοινοβουλίου και του συμβουλίου της 27ης Σεπτεμβρίου 2001 Κάθε έργο παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ επιχορηγείται από το κράτος ποσοστό 30% (αιολικά πάρκα) ή 40% (μικρά υδροηλεκτρικά, φωτοβολταϊκά, γεωθερμία, κ.τ.λ.) βάση του νόμου 2601/98

Κόστος στροβιλομηχανής και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ατόμου/Νοικοκυριού $/Στροβιλομηχανή Σύστημα μετατροπής ενέργειας 1.182.000 Κατασκευαστικά στοιχεία χάλυβα 428.000 Κόστος υποβρύχιου καλωδίου 108.000 Εγκατάσταση στροβιλομηχανής 1.442.000 Εγκατάσταση υποβρύχιου καλωδίου 1.355.000 Χερσαία σύνδεση ηλεκτρικών δικτύων 200.000 Κόστος συνολικής εγκατάστασης 4.715.000 PEPESEC (2009) Μέση ετήσια κατανάλωση ενέργειας νοικοκυριού (kWh/έτος) 4.005 Μέση ετήσια κατανάλωση ενέργειας ανά άτομο (kWh/έτος/κάτοικο) 1.651

Παραγόμενη ενέργεια και ενεργειακή κάλυψη Για πτερύγιο 5m: Ε=30 * 3620,46 kWh = 108.613,8 kWh 108.613,8 kWh / 4.005 kWh = 27 (Σπίτια) Για πτερύγιο 10m: Ε=30 * 14481,83 kWh = 434.454,9 kWh 434.454,9 kWh / 4.005 kWh = 108 (Σπίτια)

Συμπεράσματα: Έχουμε μικρή παραγωγή ενέργειας που προέρχεται από τις χαμηλές ταχύτητες των υποθαλάσσιων ρευμάτων Υπάρχει μεγάλο κόστος εγκατάστασης, λειτουργίας, συντήρησης που οφείλεται στο ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία εκμετάλλευσης των υποθαλάσσιων ρευμάτων δεν είναι ακόμα διαδεδομένη ή τεχνολογικά ανεπτυγμένη Μπορεί η ανάπτυξη ενός τέτοιου «πάρκου» να κρίνεται οικονομικά ασύμφορη, αυτό όμως δεν σημαίνει ότι δεν είναι εφικτή, καθώς μπορεί να ικανοποιήσει τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια ενός οικισμού Ως «κόστος» ωφέλιμο ως προς την εγκατάσταση ενός τέτοιου πάρκου, πρέπει να εκτιμηθεί και η εξοικονόμηση ενέργειας που γίνεται αν δεν χρειαστεί για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει ο οικισμός να λειτουργούν σταθμοί παραγωγής ρεύματος που καταναλώνουν λιγνίτη όπως η ΔΕΗ κλπ

Ευχαριστούμε για την προσοχή σας!