Αιολική Ενέργεια και ενέργεια του νερού

Tίτλος του μαθήματος

Αιολική Ενέργεια και ενέργεια του νερού

Κωδικός αριθμός μαθήματος

ΕLΕΝ23

Τύπος του μαθήματος

Επιλογής

Επίπεδο του μαθήματος

Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)

Έτος σπουδών

Πρώτο

Εξάμηνο

Δεύτερο

Πιστωτικές μονάδες ECTS

6

Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων

Γ. Λευθεριώτης, Επ. Καθηγητής

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του 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).

Δεξιότητες

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες

1. Ικανότητα να επιδεικνύει ολοκληρωμένη γνώση και κατανόηση των δεδομένων, εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την εκμετάλλευση της αιολικής και υδραυλικής ενέργειας.

2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων.

3. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων.

4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική του ανάπτυξη.

Προαπαιτήσεις

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

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος

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.

Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη

1. D. Le Gourieres: “Wind Power Plants. Theory and Design”. 1982, Pergamon Press, ISBN: 0-08-029967-9.

2. E. H. Lysen: “Introduction to Wind Energy”, 1983, CWD. Διατίθεται δωρεάν σε ηλεκτρονική μορφή από το Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης στη διεύθυνση: http://www.uce-uu.nl/ >Energy Topics >Introduction to wind energy.

3. T. Burton, D. Sharpe, N. Jenkins, E. Bossanyi: “Wind Energy Handbook”. 2001, John Wiley & Sons LTD, ISBN: 978-0-471-48997-9.

4. R. Gash, J. Twele (Eds): “Wind Power Plants. Fundamentals, Design, Construction and Operation”, 2002, Solarpraxis A.G., ISBN: 1-902916-37-9.

5. D.Y. Goswami (Ed): “Wind Energy Pocket Reference”. 2007, ISES, ISBN: 978-1-84407-539-3.

6. M. O. L. Hansen: “Aerodynamics of Wind Turbines”, 2008, Earthscan, ISBN: 978-1-84407-438-9.

7. J. F. Manwell, J. G. McGowan, A.L.Rogers: “Wind Energy Explained”, 2009, John Wiley & Sons LTD, ISBN: 978-0-470-015000-1.

8. S. Stankovic, N. Campbell, A. Harries: “Urban Wind Energy”, 2009, Earthscan, ISBN: 978-1-84407-282-8.

9. Δ. Παπαντώνης: «Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα», 2001, Εκδόσεις Συμεών, ISBN: 960-7888-23-5.

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Παραδόσεις με χρήση διαφανειών ή/και παρουσιάσεις με powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση προβλημάτων από τους φοιτητές.

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης

1) Παράδοση εργασιών επίλυσης προβλημάτων από τους φοιτητές (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5)

2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)

Γλώσσα διδασκαλίας

Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.

Tίτλος του μαθήματος	Αιολική Ενέργεια και ενέργεια του νερού
Κωδικός αριθμός μαθήματος	ΕLΕΝ23
Τύπος του μαθήματος	Επιλογής
Επίπεδο του μαθήματος	Μεταπτυχιακό (ΜΔΕ)
Έτος σπουδών	Πρώτο
Εξάμηνο	Δεύτερο
Πιστωτικές μονάδες ECTS	6
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων	Γ. Λευθεριώτης, Επ. Καθηγητής
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του 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).
Δεξιότητες	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες 1. Ικανότητα να επιδεικνύει ολοκληρωμένη γνώση και κατανόηση των δεδομένων, εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την εκμετάλλευση της αιολικής και υδραυλικής ενέργειας. 2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων. 3. Ικανότητα να υιοθετεί και να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση μη οικείων προβλημάτων. 4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική του ανάπτυξη.
Προαπαιτήσεις	Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει όμως να έχουν ικανοποιητική γνώση μηχανικής των ρευστών.
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος	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.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη	1. D. Le Gourieres: “Wind Power Plants. Theory and Design”. 1982, Pergamon Press, ISBN: 0-08-029967-9. 2. E. H. Lysen: “Introduction to Wind Energy”, 1983, CWD. Διατίθεται δωρεάν σε ηλεκτρονική μορφή από το Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης στη διεύθυνση: http://www.uce-uu.nl/ >Energy Topics >Introduction to wind energy. 3. T. Burton, D. Sharpe, N. Jenkins, E. Bossanyi: “Wind Energy Handbook”. 2001, John Wiley & Sons LTD, ISBN: 978-0-471-48997-9. 4. R. Gash, J. Twele (Eds): “Wind Power Plants. Fundamentals, Design, Construction and Operation”, 2002, Solarpraxis A.G., ISBN: 1-902916-37-9. 5. D.Y. Goswami (Ed): “Wind Energy Pocket Reference”. 2007, ISES, ISBN: 978-1-84407-539-3. 6. M. O. L. Hansen: “Aerodynamics of Wind Turbines”, 2008, Earthscan, ISBN: 978-1-84407-438-9. 7. J. F. Manwell, J. G. McGowan, A.L.Rogers: “Wind Energy Explained”, 2009, John Wiley & Sons LTD, ISBN: 978-0-470-015000-1. 8. S. Stankovic, N. Campbell, A. Harries: “Urban Wind Energy”, 2009, Earthscan, ISBN: 978-1-84407-282-8. 9. Δ. Παπαντώνης: «Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα», 2001, Εκδόσεις Συμεών, ISBN: 960-7888-23-5.
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι	Παραδόσεις με χρήση διαφανειών ή/και παρουσιάσεις με powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση προβλημάτων από τους φοιτητές.
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης	1) Παράδοση εργασιών επίλυσης προβλημάτων από τους φοιτητές (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5) 2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)
Γλώσσα διδασκαλίας	Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.