Ανανεώσιμη Ενέργεια και Υδροηλεκτρικά Έργα

Περιγραφή Μαθήματος:

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), με έμφαση στην υδροηλεκτρική ενέργεια. Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (συνιστώσες, χρονική κατανομή). Υδροενεργειακή τεχνολογία – προκαταρκτικός σχεδιασμός. Μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα: γενική διάταξη, τεχνικά μεγέθη, περιβαλλοντικά θέματα, λειτουργία ταμιευτήρων, προσομοίωση και βελτιστοποίηση. Μικρά υδροηλεκτρικά έργα: τεχνολογία, σχεδιασμός, περιβαλλοντικά θέματα. Ηλιακή και αιολική ενέργεια: εκτίμηση δυναμικού, σχεδιασμός έργων, χωροθέτηση, νομοθεσία. Υβριδικά συστήματα - αντλησιοταμίευση. Οικονομικά της ενέργειας. Νερό και ενέργεια.

Απαιτούμενες Γνώσεις

Μηχανική Ρευστών, Τεχνική Υδρολογία, Υδραυλική, Υδραυλικά Έργα, Ενεργειακή Τεχνολογία

Κεφάλαια Μαθήματος

# Τίτλος Διδακτέα Ύλη Ώρες
1 Ενέργεια, ηλεκτρική ενέργεια και ανανεώσιμη ενέργεια Ιστορικό. Βασικές έννοιες ενεργειακής τεχνολογίας. Μορφές ενέργειας. Ηλεκτρική ενέργεια. Ενεργειακό μίγμα. Ηλεκτρικά συστήματα. Ανανεώσιμοι ενεργειακοί πόροι (ή ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ΑΠΕ). Υδροηλεκτρική ενέργεια. 3
2 Προσφορά και ζήτηση ενέργειας Ισοζύγιο ηλεκτρικής ενέργειας. Ζήτηση ενέργειας και συνιστώσες (οικιακή, βιομηχανική, δημοτική, γεωργική). Χρονική διακύμανση καταναλώσεων. Διάκριση ενεργειακής παραγωγής (ενέργεια βάσης, ενέργεια αιχμής, δευτερεύουσα ενέργεια). 3
3 Αρχές υδρο-ενεργειακής τεχνολογίας Θεμελιώδη μεγέθη (ενέργεια, ισχύς, ύψος πτώσης, βαθμός απόδοσης). Εκτίμηση υδραυλικών απωλειών. Τύποι στροβίλων. Χαρακτηριστικές καμπύλες στροβίλων. Προκαταρκτικός ενεργειακός σχεδιασμός. 3
4 Γενική διάταξη υδροηλεκτρικών έργων Κατηγορίες Υ/Η έργων. Φράγματα και συναφή έργα (υδροληψίες, αγωγοί προσαγωγής, σταθμοί παραγωγής, αγωγοί φυγής, υπερχειλιστές, θυροφράγματα). Περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Παραδείγματα. 3
5 Υδροηλεκτρικοί ταμιευτήρες Χαρακτηριστικά μεγέθη. Υδατικό ισοζύγιο. Συστήματα Υ/Η ταμιευτήρων. Ταμιευτήρες πολλαπλού σκοπού. Διαχείριση Υ/Η ταμιευτήρων. Κανόνες λειτουργίας. Περιβαλλοντικοί περιορισμοί. Διαχείριση πλημμυρών. 3
6 Προσομοίωση και βελτιστοποίηση υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων Υδρολογική αβεβαιότητα και επίδρασή της στον υδροενεργειακό σχεδιασμό. Υδρολογικός σχεδιασμός ταμιευτήρων. Τεχνικές προσομοίωσης και βελτιστοποίησης ταμιευτήρων. Εκτίμηση πρωτεύουσας και δευτερεύουσας ενέργειας. 3
7 Τεχνολογία μικρών υδροηλεκτρικών έργων Γενική διάταξη μικρών υδροηλεκτρικών έργων (ΜΥΗΕ). Βασικές συνιστώσες (υδροληψίες, διώρυγες προσαγωγής, δεξαμενές φόρτισης, αγωγοί πτώσης). Ειδικές περιβαλλοντικές διατάξεις (παγίδες φερτών, ιχθυόδρομοι). Παραδείγματα ΜΥΗΕ στην Ελλάδα. 3
8 Σχεδιασμός μικρών υδροηλεκτρικών έργων Υδρολογικός σχεδιασμός. Καμπύλες διάρκειας-παροχής. Οικολογική παροχή. Προσομοίωση λειτουργίας ΜΥΗΕ. Επιλογή στροβίλων. Βελτιστοποίηση παραγωγής ενέργειας με συνδυασμούς στροβίλων. 3
9 Ηλιακή ενέργεια Ηλιακή ακτινοβολία (άμεση, διάχυτη). Μέτρηση ηλιακής ακτινοβολίας. Εκτίμηση ηλιακού δυναμικού. Εκτίμηση από έμμεσα δεδομένα (ώρες ηλιοφάνειας, νέφωση). Επίδραση αναγλύφου. Χωροθέτηση ηλιακών πάνελ. Νομοθεσία. 3
10 Αιολική ενέργεια Θεωρητικό και τεχνικά εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό. Καμπύλες ισχύος ανεμογεννήτριας. Χωροθέτηση συστημάτων αιολικής ενέργειας. Νομοθεσία. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις και συναφείς περιορισμοί. 3
11 Υβριδικά συστήματα Η έννοια της αντλησιοταμίευσης. Στρόβιλοι αντιστρεπτής λειτουργίας. Προσομοίωση λειτουργίας υβριδικού συστήματος. 3
12 Οικονομικά της ενέργειας Διαχείριση ηλεκτρικής και υδροηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα. Τεχνικά και οικονομικά μεγέθη. Χρηματιστήριο ενέργειας. 3
13 Συνδυασμένη διαχείριση νερού και ανανεώσιμων ενεργειακών πόρων Το νερό ως μέσο παραγωγής, κατανάλωσης και αποθήκευσης ενέργειας. Συνδυασμένη διαχείριση έργων υδροηλεκτρικής, αιολικής και ηλιακής ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα. 3

Μαθησιακοί Στόχοι

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να πραγματοποιούν:

  • Εκτίμηση υδροδυναμικού

  • Υδρολογικό σχεδιασμός και διαχείριση μικρών και μεγάλων υδροηλεκτρικών έργων

  • Εκτίμηση ηλιακού και αιολικού δυναμικού

  • Εκτίμηση παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ

  • Αναγνώριση θεσμικών και περιβαλλοντικών θεμάτων (περιβαλλοντικές επιπτώσεις, περιορισμοί, χωροθέτηση, νομοθεσία)

  • Αξιολόγηση σκοπιμότητας και απόδοσης ενεργειακών έργων

  • Συνδυασμένη διαχείριση υδατικών και ενεργειακών πόρων

Μέθοδοι και Μέσα Διδασκαλίας και Μάθησης

Μέθοδοι Διδασκαλίας Συνεχής ροή της ύλης, με φυσική αλληλουχία θεωρίας και ασκήσεων
Μέσα διδασκαλίας Χρήση διαφανειών και άλλων εποπτικών μέσων
Χρήση ΗΥ και προγραμμάτων Κατάστρωση και επίλυση σύνθετων προβλημάτων προσομοίωσης και βελτιστοποίησης σε λογιστικά φύλλα
Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις) Εκπόνηση τεσσάρων ασκήσεων σχεδιασμού, σε ομάδες των δύο ή τριών ατόμων (προαιρετικές ασκήσεις, που καλύπτουν τα αντίστοιχα γνωστικά αντικείμενα του μαθήματος): 1. Εκτίμηση χαρακτηριστικών μεγεθών σχεδιασμού υδροηλεκτρικού έργου 2. Προσομοίωση και βελτιστοποίηση λειτουργίας υδροηλεκτρικού ταμιευτήρα 3. Υδρολογικός και ενεργειακός σχεδιασμός μικρού υδροηλεκτρικού έργου 4. Προσομοίωση λειτουργίας υβριδικού συστήματος παραγωγής ενέργειας (ηλιακής, αιολικής και υδροηλεκτρικής)
Άλλο Επίσκεψη στο Εργαστήριο Υδροδυναμικών Μηχανών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών

Αξιολόγηση Επίδοσης

  • Τελική γραπτή εξέταση: 50%
  • Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις): 50%

Συγγράμματα - Βιβλιογραφία

Το πλήρες εκπαιδευτικό υλικό του μαθήματος, που περιλαμβάνει σημειώσεις, τις επιλύσεις των θεμάτων εξετάσεων μετά το 2015, καθώς και παραπομπές σε ερευνητικές δημοσιεύσεις και συναφείς ιστοσελίδες, είναι διαθέσιμο στην ιστοσελίδα του μαθήματος.

Επιπλέον σύγγραμμα:

Παπαντώνης, Δ.Ε., Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα, 456 σ., Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα, 2008.