ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Σκοπός της εγκατάστασης ενός αιολικού συστήματος είναι η παραγωγή της απαραίτητης ενέργειας ώστε να καλύπτει τις ανάγκες με βάση τις οποίες σχεδιάστηκε. Η επίτευξη κάτι τέτοιου προϋποθέτει μία σειρά από βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν. Ο υπολογισμός της ελάχιστης απαιτούμενης ενέργειας που θα πρέπει να παραχθεί από το σύστημα αποτελεί το αρχικό και ταυτόχρονα το σημαντικότερο σημείο της μελέτης. Ο υπολογισμός ακολουθεί αντίστοιχη διαδικασία με αυτή των συστημάτων εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας. Στη συνέχεια, θα παρουσιαστούν τα βασικά βήματα που θα πρέπει να ακολουθηθούν για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό ενός αιολικού συστήματος.

1. Προσδιορισμός της συνολικής ενέργειας που θα πρέπει να παράξει το σύστημα
Για να είναι ακριβέστερος ο προσδιορισμός, ο υπολογισμός της απαιτούμενης ενέργειας θα πρέπει να γίνεται σε χρονικό διάστημα ενός έτους. Η συνολική ζήτηση ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί από ένα λογαριασμό ηλεκτρικού ρεύματος για μια υπάρχουσα κατασκευή ή πολλαπλασιάζοντας την τάση κάθε ηλεκτρικής συσκευής σε kW με τις ώρες λειτουργίας της σε ετήσια βάση. Ο αριθμός που θα προκύψει θα αποτελεί την ετήσια κατανάλωση της κατασκευής σε ηλεκτρική ενέργεια. Συνεπώς, το σύστημα θα πρέπει να παράγει την κατάλληλη ποσότητα ενέργειας, ώστε να υπερκαλύπτει τη υπάρχουσα ζήτηση. Ένα μέσο σπίτι μιας τετραμελούς οικογένειας χρειάζεται συνήθως 3.000-6.000 kW ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως για τη λειτουργία του [εικόνα 1]. Σε αυτή την ποσότητα δεν συνυπολογίζονται οι ανάγκες για θέρμανση, στην περίπτωση που για τη θέρμανση των εσωτερικών χώρων της κατασκευής αξιοποιείται η ηλεκτρική ενέργεια.

[Εικόνα 1] Τυπικό παράδειγμα ετήσιας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας εξοπλισμού σε κατοικία τεσσάρων ατόμων, η οποία είναι σχεδόν 5.500 kWh

2. Σύνδεση ή όχι στο κοινόχρηστο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας
Εάν η κατασκευή είναι ήδη συνδεδεμένη στο κοινόχρηστο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, είναι προτιμότερο και η αιολική εγκατάσταση να συνδέεται σε αυτό. Κάτι τέτοιο διευκολύνει τη επίτευξη ενεργειακής ισορροπίας, καθώς όταν υπάρχει πλεόνασμα ενέργειας θα διοχετεύεται στο δίκτυο, ενώ όταν υπάρχει έλλειμμα θα λαμβάνεται ενέργεια από αυτό. Παράλληλα, με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η χρήση μπαταριών, οι οποίες υστερούν σε απόδοση, είναι ιδιαίτερα ακριβές και απαιτούν επιπλέον χώρο. Από την άλλη πλευρά, συστήματα που δεν είναι συνδεδεμένα στο κοινόχρηστο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας είναι αρκετά χρήσιμα για απομακρυσμένες κατασκευές. Ταυτόχρονα, μπορούν να αξιοποιηθούν σε περιπτώσεις που στοχεύεται η τροφοδότηση με ηλεκτρική ενέργεια μιας συγκεκριμένης κατηγορίας ή αριθμού ηλεκτρικών συσκευών, συνήθως διαχωρισμένων από τα κεντρικά ηλεκτρικά κυκλώματα, όπως τα φώτα των κήπων ή των αποθηκών. Σε μια τέτοια περίπτωση, υπάρχει η δυνατότητα χρησιμοποίησης ενός συστήματος συνεχούς ρεύματος. Η χρήση συστήματος που λειτουργεί με συνεχές ρεύμα μειώνει το κόστος του, καθώς δεν απαιτεί τη χρήση μετατροπέα [inverter] για να μετατρέψει το συνεχές ρεύμα [DC] σε εναλλασσόμενο [AC]. Ωστόσο, για να λειτουργεί κάτι τέτοιο θα πρέπει και οι συσκευές που θα χρησιμοποιηθούν αν είναι κατάλληλες ώστε να λειτουργούν με συνεχές ρεύμα.

3. Επιλογή του διαθέσιμου σημείου με τα λιγότερα εμπόδια για την εγκατάσταση της ανεμογεννήτριας
Για να εξασφαλισθούν οι ιδανικές συνθήκες λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας, θα πρέπει αυτή να τοποθετηθεί τουλάχιστον 10 μέτρα υψηλότερα από κάθε εμπόδιο σε ακτίνα 175 μέτρων, κάτι το οποίο είναι πρακτικά αδύνατο σε πυκνό αστικό περιβάλλον. Επομένως, καλό θα ήταν μια ανεμογεννήτρια να τοποθετείται, τουλάχιστον, όσο υψηλότερα είναι δυνατόν αποφεύγοντας εμπόδια, όπως δένδρα και κτίρια σε μικρή απόσταση. Για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο, τα μικρά αιολικά συστήματα τοποθετούνται σε στύλους ύψους 10-15 μέτρων, οι οποίοι διατίθενται και προκατασκευασμένοι. Στην επιλογή του σημείου εγκατάστασης μιας ανεμογεννήτριας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι το συνεχές ρεύμα χαμηλής τάσης που παράγουν τα μικρά αιολικά συστήματα δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός τρόπος μετάδοσης ενέργειας. Αυτό συμβαίνει, διότι, τα συστήματα συνεχούς ρεύματος έχουν σημαντικές απώλειες όταν βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από την ανεμογεννήτρια. Συνεπώς, θα πρέπει να τοποθετηθεί ο μετατροπέας και τα υπόλοιπα ηλεκτρονικά μέρη σε όσο το δυνατό μικρότερη απόσταση από την ανεμογεννήτρια. Ενδεχομένως, σε πολλές περιπτώσεις να εξυπηρετεί η κατασκευή ενός μικρού στεγανού χώρου σε μικρή απόσταση από την ανεμογεννήτρια, ώστε να τοποθετηθεί το σύστημα.

4. Υπολογισμός της ταχύτητας και της διεύθυνσης του ανέμου στην περιοχή
Για την επιλογή του συστήματος και την αποδοτικότερη εγκατάστασή του θα πρέπει να ληφθούν υπόψην οι ταχύτητες και οι διευθύνσεις των ανέμων της περιοχής. Αυτές είτε μπορούν να μετρηθούν, με τον κατάλληλο εξοπλισμό, είτε να ληφθούν από την εθνική βάση περιβαλλοντικών δεδομένων.

5. Επιλογή του κατάλληλου συστήματος
Γνωρίζοντας, πλέον, τη μέση ταχύτητα των επικρατουσών ανέμων της περιοχής, καθώς και την ετήσια ζήτηση της κατασκευής για ενέργεια, που έχει ήδη υπολογιστεί, μπορεί να επιλεχθεί και το κατάλληλο σύστημα ανεμογεννήτριας. Το ποσοστό κάλυψης των ενεργειακών αναγκών είναι άμεσα συνυφασμένο με το διαθέσιμο χρηματικό κεφάλαιο. Μεγαλύτερο διαθέσιμο κεφάλαιο συνεπάγεται εγκατάσταση μεγαλύτερου συστήματος, άρα και κάλυψη μεγαλύτερου μέρους των ενεργειακών απαιτήσεων.

6. Ακριβέστερος υπολογισμός της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από το επιλεγμένο αιολικό σύστημα
Με τα παραπάνω βήματα μπορεί να γίνει μία πρώτης τάξεως προσέγγιση για τη εγκατάσταση ενός συστήματος εκμετάλλευσης αιολικής ενέργειας. Παρόλα αυτά, σε πραγματικές συνθήκες υπάρχει η πιθανότητα να υπάρξει μεγάλη απόκλιση στην παραγωγή ενέργειας. Κάτι τέτοιο μπορεί να συμβεί, καθώς η παραγωγή ενέργειας των ανεμογεννητριών ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με την ταχύτητα του ανέμου. Συνεπώς, δεν είναι αξιόπιστη πληροφορία η μέση ταχύτητα των ανέμων μιας περιοχής, αλλά και η διάρκεια που έχουν στις διαφορετικές ταχύτητες. Επομένως, αν οι τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται σε κάθε ταχύτητα ανέμου τοποθετηθούν σε μία γραφική παράσταση, θα προκύψει μία καμπύλη που είναι σχεδόν μοναδική για κάθε ανεμογεννήτρια και ονομάζεται 'καμπύλη ισχύος' της ανεμογεννήτριας [εικόνα 2]. Για να υπολογιστεί, στη συνέχεια, με μεγαλύτερη ακρίβεια η προσδοκώμενη παραγωγή ενέργειας στην κάθε περιοχή, θα πρέπει ολόκληρη η καμπύλη ισχύος της ανεμογεννήτριας να πολλαπλασιαστεί με την καμπύλη που αναπαριστά την κατανομή των ταχυτήτων των ανέμων της περιοχής. Η καμπύλη κατανομής των ταχυτήτων των ανέμων καταγράφει όλες τις πιθανές ταχύτητες των ανέμων και τις ώρες που λαμβάνουν χώρα ετησίως [εικόνα 3]. Εάν, οι δύο αυτές διαφορετικές καμπύλης ληφθούν ταυτόχρονα υπόψην, προκύπτει η προβλεπόμενη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας της επιλεγμένης ανεμογεννήτριας. Ωστόσο, και σε αυτήν την περίπτωση ενδέχεται να υπάρξει μικρή απόκλιση, καθώς ακόμα οι ταχύτητες των ανέμων μιας περιοχής δεν είναι ίδιες κάθε χρόνο. Αντιθέτως, είναι συχνό φαινόμενο να υπάρχουν διακυμάνσεις ±25% από τον ένα χρόνο στον επόμενο. Συνεπώς, θα πρέπει να εξετασθούν τα πιθανά σενάρια τόσο σε μικρότερη παραγωγή ενέργειας από αυτή που υπολογίστηκε, όσο και σε μεγαλύτερη.

[Εικόνα 2] Καμπύλη ισχύος τυπικής ανεμογεννήτριας 3 kW

[Εικόνα 3] Κατανομή ετήσιων ταχυτήτων ανέμου ανά ημέρα για περιοχή με μέση ταχύτητα ανέμου 5,6 μέτρα/δευτερόλεπτο

7. Τελική επιλογή συστήματος και εγκατάστασή του
Σε αυτό το σημείο θα υπάρχει σαφή εικόνα για τη συμβολή του αιολικού συστήματος στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα [εικόνα 4]. Στην περίπτωση που επιλεχθούν ανεμογεννήτριες ονομαστική ισχύος μεγαλύτερης από 1 kW, θα χρειαστεί ειδική θεμελίωση του συστήματος. Τέλος, το βέλτιστο σενάριο είναι να υπάρξει μελέτη από εξειδικευμένο προσωπικό, τόσο για τον υπολογισμό της παραγόμενης ενέργειας, όσο και για την εγκατάσταση του συστήματος.

[Εικόνα 5] Παραγωγή ενέργειας σε Watt για ανεμογεννήτριες διαφορετικού μεγέθους και ονομαστικής ισχύος σε τρείς διαφορετικές μέσες ετήσιες ταχύτητες ανέμου

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου