Αιολική Ενέργεια και Ενέργεια του Νερού

Α. ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1. Το αιολικό δυναμικό.Η φύση του ανέμου. Το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα. Χρονική - χωρική διασπορά του ανέμου και η στατιστική περιγραφή της. Τύρβη, ένταση και φάσματα. Μέτρηση ταχύτητας και κατεύθυνσης του ανέμου. Εκτίμηση του διαθέσιμου και τεχνικά-οικονομικά εκμεταλλεύσιμου αιολικού δυναμικού. 2. Αιολικές μηχανές. Ιστορική αναδρομή. Ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο και στην Ελλάδα. Είδη αιολικών μηχανών. Πλεονεκτήματα- μειονεκτήματα. Σύγχρονες τάσεις: Υπεράκτια αιολικά πάρκα, ανεμογεννήτριες πόλης. 3. Αεροδυναμική των αιολικών μηχανών οριζόντιου άξονα. Η έννοια του «ιδανικού ρευστού». Διατμητικές τάσεις, οριακό στρώμα. Αεροτομές σε 2 και 3 διαστάσεις. Ενεργοποιητής δίσκος και όριο Betz. Θεωρία στοιχείου πτέρυγας. Θεωρία στροβίλων. Αεροδυναμική σχεδίαση: Βέλτιστο προφίλ πτερυγίου και πρόβλεψη των επιδόσεων της αιολικής μηχανής. 4. Αιολικές μηχανές για ηλεκτροπαραγωγή.Διερεύνηση παραμέτρων σχεδίασης: Διάμετρος ρότορα, ταχύτητα περιστροφής, αριθμός πτερυγίων, θέση του ρότορα σε σχέση με τον πύργο, μηχανισμοί ελέγχου ισχύος, μηχανισμοί μετάδοσης, ηλεκτρικές μηχανές. Ενεργειακοί υπολογισμοί, συντελεστής αποδοτικότητας. 5. Αιολικά πάρκα.Κανόνες χωροθέτησης των αιολικών πάρκων. Αλληλεπίδραση μηχανών. Οικονομικά των ανεμογεννητριών. Περιβαλλοντικά οφέλη και προβλήματα. Β. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 1. Υδροηλεκτρική Ενέργεια. Υδρολογική ανάλυση. Λεκάνες απορροής. Μέτρηση της παροχής. Υπολογισμός του διαθέσιμου υδροδυναμικού. Καμπύλη διάρκειας παροχών. Μεγάλοι-μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί. Σχεδίαση και κατασκευή υδροηλεκτικών: Έργα πολιτικού μηχανικού (έργα υδροληψίας: φράγμα, εξαμμωτής δεξαμενή φόρτισης. Έργα μεταφοράς: αγωγοί, δεξαμενή ανάπλασης, διώρυγα φυγής). Υδροστροβίλοι: Εξισώσεις λειτουργίας και βαθμοί απόδοσης. Τύποι υδροστροβίλων. Αυτοματισμοί λειτουργίας υδροηλεκτρικών σταθμών. Ενεργειακοί υπολογισμοί-διαστασιολόγηση. 2. Ενέργεια από κύματα και ρεύματα. Διαθέσιμο δυναμικό. Τύποι μηχανών. Ενεργειακοί υπολογισμοί-διαστασιολόγηση.

Στόχοι Μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να: 1. Γνωρίζει τη χωρική διασπορά και τη χρονική μεταβολή των πηγών ενέργειας που εξετάζονται καθώς και να υπολογίζει το διαθέσιμο δυναμικό τους. 2. Γνωρίζει σε βάθος τη λειτουργία των συστημάτων αξιοποίησης της αιολικής ενέργειας και της ενέργειας του νερού. 3. Υπολογίζει με ακρίβεια τους συντελεστές απόδοσης των διαφόρων συστημάτων μετατροπής (αιολικών μηχανών, υδροηλεκτρικών σταθμών, κλπ).

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει όμως να έχουν ικανοποιητική γνώση μηχανικής των ρευστών

Περιεχόμενα

Α. ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ   1. Το αιολικό δυναμικό.Η φύση του ανέμου. Το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα. Χρονική - χωρική διασπορά του ανέμου και η στατιστική περιγραφή της. Τύρβη, ένταση και φάσματα.  Μέτρηση ταχύτητας και κατεύθυνσης του ανέμου. Εκτίμηση του διαθέσιμου και τεχνικά-οικονομικά εκμεταλλεύσιμου αιολικού δυναμικού.   2. Αιολικές μηχανές. Ιστορική αναδρομή. Ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο και στην Ελλάδα. Είδη αιολικών μηχανών. Πλεονεκτήματα- μειονεκτήματα. Σύγχρονες τάσεις: Υπεράκτια αιολικά πάρκα, ανεμογεννήτριες πόλης.   3. Αεροδυναμική των αιολικών μηχανών οριζόντιου άξονα. Η έννοια του «ιδανικού ρευστού». Διατμητικές τάσεις, οριακό στρώμα. Αεροτομές σε 2 και 3 διαστάσεις. Ενεργοποιητής δίσκος και όριο Betz. Θεωρία στοιχείου πτέρυγας. Θεωρία στροβίλων. Αεροδυναμική σχεδίαση: Βέλτιστο προφίλ πτερυγίου και πρόβλεψη των επιδόσεων της αιολικής μηχανής.   4. Αιολικές μηχανές για ηλεκτροπαραγωγή.Διερεύνηση παραμέτρων σχεδίασης: Διάμετρος ρότορα, ταχύτητα περιστροφής, αριθμός πτερυγίων, θέση του ρότορα σε σχέση με τον πύργο, μηχανισμοί ελέγχου ισχύος, μηχανισμοί μετάδοσης, ηλεκτρικές μηχανές. Ενεργειακοί υπολογισμοί, συντελεστής αποδοτικότητας.   5. Αιολικά πάρκα.Κανόνες χωροθέτησης των αιολικών πάρκων. Αλληλεπίδραση μηχανών. Οικονομικά των ανεμογεννητριών. Περιβαλλοντικά οφέλη και προβλήματα.     Β. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ   1. Υδροηλεκτρική Ενέργεια. Υδρολογική ανάλυση. Λεκάνες απορροής. Μέτρηση της παροχής. Υπολογισμός του διαθέσιμου υδροδυναμικού. Καμπύλη διάρκειας παροχών. Μεγάλοι-μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί. Σχεδίαση και κατασκευή υδροηλεκτικών: Έργα πολιτικού μηχανικού (έργα υδροληψίας: φράγμα, εξαμμωτής δεξαμενή φόρτισης. Έργα μεταφοράς: αγωγοί, δεξαμενή ανάπλασης, διώρυγα φυγής). Υδροστροβίλοι: Εξισώσεις λειτουργίας και βαθμοί απόδοσης. Τύποι υδροστροβίλων. Αυτοματισμοί λειτουργίας υδροηλεκτρικών σταθμών. Ενεργειακοί υπολογισμοί-διαστασιολόγηση.   2. Ενέργεια από κύματα και ρεύματα. Διαθέσιμο δυναμικό. Τύποι μηχανών. Ενεργειακοί υπολογισμοί-διαστασιολόγηση.