Ανάπτυξη εφαρμογών των ανανεώσιμων και ήπιων μορφών ενέργειας με έμφαση στην αιολική και την ηλιακή ενέργεια στην περιοχή της κεντρικής δυτικής ελλάδας

Abstract

The establishment of applications of renewable energy sources in the area of the central Western Greece is presented in the present dissertation. The first part of the dissertation is referred to the development of wind energy applications. Data collected over a period of years were used to statistically analyze wind speed distributions. Weibull parameters, at the selected stations, were calculated as mean values from three different methods. Then, analysis of the cost per kilowatt-hour obtained for several wind turbines, at different hub heights, has been carried out for every station. This analysis demonstrated that there is a remarkable margin for profit from electricity generation by wind turbines in Missolonghi and Aktio, especially if larger wind turbines are to be used. In general, the specific cost per kilowatt-hour decreases as wind turbine size increases and the observed correlation is hyperbolic, while it’s not possible to make safe conclusions about the influence of the hub height in the cost per kilowatt-hour. The second part of the dissertation is referred to the development of passive cooling systems in this area of the central Western Greece. A lightweight aluminium nocturnal radiator was been constructed, painted with an appropriate white paint. It was been established on the roof of the Department of Environmental and Natural Resources Management in Agrinio and was used for the cooling of a thermal zone in the interior of the building. The dynamic thermal performance of the system during summer months was calculated using an accurate mathematical model. In order to investigate the impact of the optical parameters of the materials used in the construction of the radiator on the system’s efficiency, the experimental process was been carried out for two similar nocturnal radiators painted with paints of different values of emissivity coefficient. By the comparison of the cooling results of the two nocturnal radiators, there was emerged the conclusion of the significant influence of the materials’ emissivity coefficient in the cooling system’s performance. Moreover, the more effective lightweight nocturnal radiator was used to provide space cooling or pre-cooling to a particular thermal zone of the building of the University and the results demonstrated a remarkable effectiveness of the cooling system.

Στη διατριβή αυτή παρουσιάζεται η ανάπτυξη εφαρμογών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην περιοχή της κεντρικής Δυτικής Ελλάδας. Το πρώτο μέρος της διατριβής αναφέρεται στην ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας στην περιοχή αυτή. Δεδομένα που συγκεντρώθηκαν σε περίοδο ετών, χρησιμοποιήθηκαν για να αναλυθούν στατιστικά κατανομές ταχύτητας ανέμου. Οι παράμετροι Weibull υπολογίστηκαν στους επιλεγμένους σταθμούς σαν μέσοι όροι των τιμών που προέκυψαν από τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες. Κατόπιν, για κάθε μετεωρολογικό σταθμό, πραγματοποιήθηκε ανάλυση του κόστους ανά παραγόμενη από ανεμογεννήτριες κιλοβατώρα ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιώντας μια ιδιαίτερα απλή, αλλά αξιόπιστη, μεθοδολογία υπολογισμού του κόστους της κιλοβατώρας. Με τη μεθοδολογία αυτή, εξετάζοντας διάφορες ανεμογεννήτριες, για διάφορα ύψη των αξόνων τους κάθε φορά, αποδείχθηκε πως υπάρχουν περιθώρια οικονομικού κέρδους από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ανεμογεννήτριες στο Μεσολόγγι και το Άκτιο, ιδιαίτερα εάν χρησιμοποιηθούν ανεμογεννήτριες μεγάλης κλίμακας. Γενικότερα, καθώς αυξάνεται το μέγεθος της ανεμογεννήτριας, το ιδιαίτερο κόστος ανά κιλοβατώρα ελαττώνεται με συνάρτηση υπερβολής, ενώ δεν είναι δυνατόν να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα για την επίδραση του ύψος του άξονα της ανεμογεννήτριας στο κόστος ανά παραγόμενη κιλοβατώρα. Το δεύτερο μέρος της διατριβής αναφέρεται στην ανάπτυξη συστημάτων παθητικού δροσισμού κτιρίων στην περιοχή της κεντρικής Δυτικής Ελλάδας. Κατασκευάστηκε ένας ελαφρύς νυκτερινός ψύκτης ακτινοβολίας από αλουμίνιο, βαμμένος με κατάλληλη λευκή βαφή, τοποθετήθηκε στην οροφή του Τμήματος Διαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων στο Αγρίνιο και χρησιμοποιήθηκε για την ψύξη μιας θερμικής ζώνης στο εσωτερικό του κτιρίου. Η δυναμική θερμική παρουσίαση του συστήματος υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας ένα ακριβές μαθηματικό μοντέλο. Προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των οπτικών ιδιοτήτων των υλικών του ψύκτη στην ψυκτική απόδοση του συστήματος, η διαδικασία του πειράματος πραγματοποιήθηκε για δυο παρόμοιους ψύκτες ακτινοβολίας, βαμμένους με βαφές διαφορετικών εκπεμψιμοτήτων. Με σύγκριση των ψυκτικών αποτελεσμάτων τους εξήχθη το συμπέρασμα της σημαντικής επίδρασης του συντελεστή εκπεμψιμότητας του υλικού του ψύκτη ακτινοβολίας στην απόδοσή του. Επιπλέον, ο ψύκτης ακτινοβολίας με την πιο αποδοτική βαφή χρησιμοποιήθηκε για την ψύξη κάποιας θερμικής ζώνης στο κτίριο της Πανεπιστημιακής Σχολής και τα αποτελέσματα κατέδειξαν την αξιοσημείωτη αποτελεσματικότητα του συστήματος.