Transcript Μέτρηση αιολικού δυναμικού: Βασικές αρχές

0. ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
• Στατιστικά: Μέσα στο 2009, στην Ε.Ε., περισσότερα από 10GW ισχύος παρήχθησαν από νέες εγκατεστημένες
ανεμογεννήτριες, με σχεδόν μηδενική παροπλισμένη ισχύ. Η αντίστοιχη τιμή για το φυσικό αέριο (η αμέσως επόμενη
παραγωγικότερη πηγή ενέργειας) είναι 6,63GW, ενώ για τον άνθρακα η παροπλισμένη ισχύς είναι μεγαλύτερη από την
παραγόμενη (3,2GW έναντι 2,4GW).
• Απόθεμα: Κάθε πηγή ενέργειας έχει συγκεκριμένο απόθεμα παγκόσμια, και στην Ε.Ε. ειδικότερα. Εκτιμάται ότι το
απόθεμα πετρελαίου στην Ε.Ε. επαρκεί για 7 χρόνια ακόμα, το απόθεμα αερίου για 14 χρόνια, το απόθεμα άνθρακα για 50
χρόνια, ενώ το απόθεμα ουρανίου είναι άγνωστο. Φυσικά, ο άνεμος δεν εξαντλείται ποτέ!
• Στόχος της EWEA: Ως το 2020 η εγκατεστημένη αιολική ισχύς στην Ε.Ε. να είναι 230GW (40GW offshore), ενώ ως το 2030
να είναι 400GW (150GW offshore), καλύπτοντας όλο και μεγαλύτερο ποσοστό των αναγκών σε ηλεκτρική ισχύ. Η
εκμετάλλευση της offshore αιολικής ενέργειας (γύρω από τις ευρωπαϊκές ακτές) θα αυξάνεται, με επέκταση του παράκτιου
πανευρωπαϊκού ηλεκτρικού δικτύου, ενώνοντας τις παράκτιες τοποθεσίες παραγωγής με τις τοποθεσίες κατανάλωσης.
• Ηλεκτρικό δίκτυο. Η αγορά του ηλεκτρικών δικτύων πρέπει να γίνει πιο ευέλικτη. Οι υπάρχουσες εταιρίες πρέπει να
διαχωρίσουν την παραγωγή από τη διανομή ενέργειας, επιτρέποντας και σε νέες εταιρίες να εισέλθουν. Επίσης, πρέπει να
επεκταθεί το ηλεκτρικό δίκτυο (παράκτιο και στη γη), για πιο αποτελεσματική και οικονομική διανομή της παραγόμενης
ενέργειας.
• Προστασία της φύσης. Η αιολική ενέργεια, αντίθετα με τα ορυκτά καύσιμα, δεν επιβαρύνει το περιβάλλον με εκπομπές
CO2 (φαινόμενο του θερμοκηπίου) ή άλλων μολυσματικών αερίων. Έτσι, μειώνεται η μόλυνση της φύσης, αλλά και οι
κλιματικές αλλαγές.
Copyright© 2010, Σύμμετρον Ηλεκτρονικές Εφαρμογές. Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος.
1. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ
•
•
•
•
•
Για την εκτίμηση της δυνατότητας μιας τοποθεσίας για παραγωγή αιολικής ενέργειας, απαιτούνται μετρήσεις:
- Ταχύτητας ανέμου, σε διάφορα ύψη.
- Διεύθυνσης ανέμου, σε διάφορα ύψη.
- Βαρομετρικής πίεσης και θερμοκρασίας. Από τις μετρήσεις αυτές, προκύπτει η πυκνότητα του ανέμου.
Η παραγόμενη ισχύς από την ανεμογεννήτρια είναι ανάλογη της πυκνότητας του ανέμου, του τετραγώνου της ακτίνας των πτερυγίων
της γεννήτριας και του κύβου της ταχύτητας του ανέμου. Επίσης, απαιτείται η κύρια διεύθυνση του ανέμου, για την ορθή
κατεύθυνση της ανεμογεννήτριας.
Πρέπει να υπάρχουν διαθέσιμες μετρήσεις για 1-3 χρόνια.
Προτιμότερο είναι τα στοιχεία να λαμβάνονται από μετρήσεις στην ίδια την τοποθεσία. Εναλλακτικά, η εκτίμηση μπορεί να γίνει από
υπάρχοντα στοιχεία, που προκύπτουν από σταθμούς αναφοράς, με συσχέτιση στοιχείων. Αυτό, όμως, για να είναι έγκυρο πρέπει να
γίνει υπό όρους, όπως αναφέρεται στην επόμενη διαφάνεια.
Υπάρχουν δύο βασικές μέθοδοι για τις μετρήσεις:
- Με χρήση ενός ανεμομέτρου και ενός ανεμοδείκτη ανά ύψος μέτρησης. Πλεονέκτημα της μεθόδου είναι το χαμηλό κόστος, ειδικά
αν χρησιμοποιούνται αισθητήρες χαμηλού-μεσαίου κόστους, όπως της NRG, αντί για υψηλότερου κόστους (καλύτερη ακρίβεια, πιο
ανθεκτικά σε υψηλότερες ταχύτητες ανέμου, πιο ευαίσθητα σε χαμηλές ταχύτητες, μικρότερο dead-band), όπως τα Thies First Class.
Σε κάθε περίπτωση, το κόστος του συστήματος ιστού- καταγραφικού- αισθητήρων- παρελκομένων είναι της τάξεως λίγων χιλιάδων
ευρώ συν το κόστος εγκατάστασης. Επίσης, πλεονέκτημα είναι η υψηλή ακρίβεια των μετρήσεων. Το μόνο μειονέκτημα είναι η
δυσκολία στην εγκατάσταση του μετρητικού συστήματος.
- Με χρήση LIDAR και SODAR. Τα όργανα αυτά τοποθετούνται στο έδαφος και εκτιμούν την ταχύτητα και τη διεύθυνση του ανέμου
μέσω της εκπομπής παλμών ήχου και φωτός στην ατμόσφαιρα αντίστοιχα. Μέρος των παλμών επιστρέφει πίσω στο όργανο και μέσω
του φαινομένου Doppler εκτιμάται η ταχύτητα, η διεύθυνση και η τύρβη. Πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι τα όργανα αυτά δε
χρειάζονται εγκατάσταση. Παρόλ’ αυτά, οι μετρήσεις δεν είναι τόσο ακριβείς, ενώ το κόστος των οργάνων είναι της τάξης των 100000
ευρώ.
2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ
•
•
Η μεθοδολογία λήψης των μετρήσεων πρέπει να είναι συγκεκριμένη και να συμφωνεί με το διεθνές πρότυπο ISO 17025. Το εργαστήριο που τις
πραγματοποιεί πρέπει να είναι διαπιστευμένο κατά ISO 17025. Διαπίστευση Εργαστηρίου είναι η επίσημη αναγνώριση από έναν αναγνωρισμένο
αρμόδιο φορέα (ο ΕΣΥΔ στην Ελλάδα), ότι ένα εργαστήριο δοκιμών ή διακρίβωσης είναι τεχνικά ικανό να διεξάγει συγκεκριμένους τύπους δοκιμών
ή διακριβώσεων αντίστοιχα.
Οι απαιτήσεις που πρέπει να πληροί ένα τέτοιο εργαστήριο είναι συνοπτικά:
- Οργάνωση και Στελέχωση: Η οργανωτική δομή του εργαστηρίου, θα πρέπει να είναι εγγράφως καταγεγραμμένη και κάθε μέλος του προσωπικού
θα πρέπει να γνωρίζει σαφώς το πεδίο των αρμοδιοτήτων και υπευθυνοτήτων του.
- Εγκαταστάσεις : Οι εγκαταστάσεις του εργαστηρίου θα πρέπει να διασφαλίζουν τις αναγκαίες συνθήκες περιβάλλοντος (σκόνη, θόρυβος, δονήσεις
κτλ), ώστε να διασφαλίζεται η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων των δοκιμών / μετρήσεων που πραγματοποιούνται
- Εξοπλισμός : Όλος ο εξοπλισμός του εργαστηρίου που χρησιμοποιείται για την διενέργεια των διαφόρων μετρήσεων / δοκιμών θα πρέπει αφενός
να είναι σε θέση να προσφέρει την επιθυμητή ακρίβεια, αφετέρου να είναι ανά πάσα στιγμή κατάλληλα συντηρημένος και διακριβωμένος,
σύμφωνα με αντίστοιχο πρόγραμμα.
- Τεκμηρίωση: Για κάθε μία από τις μετρήσεις / δοκιμές που εκτελούνται από το εργαστήριο, καθώς και για το σύνολο του εξοπλισμού (αλλά και
τυχόν λογισμικού) που χρησιμοποιείται στις μετρήσεις / δοκιμές, θα πρέπει να υπάρχουν τεκμηριωμένες οδηγίες, πρότυπα, τεχνικές προδιαγραφές,
εγχειρίδια κλπ, τα οποία θα ενημερώνονται και θα είναι προσιτά στο αρμόδιο προσωπικό.
- Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητας: Το εργαστήριο θα πρέπει να εφαρμόζει ένα τεκμηριωμένο Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητας. Στο πλαίσιο του
Συστήματος αυτού, ένα από τα στελέχη του εργαστηρίου θα πρέπει να αναλάβει την γενική ευθύνη της λειτουργίας και παρακολούθησης του
Συστήματος, ενώ παράλληλα, είναι αναγκαία η συγγραφή ενός Εγχειριδίου Ποιότητας, το οποίο θα είναι στη διάθεση όλων των στελεχών του
εργαστηρίου.
- Διαχείριση εκθέσεων των μετρήσεων ή δοκιμών: Κάθε έκθεση μετρήσεων /δοκιμών θα πρέπει να είναι μοναδική και να περιλαμβάνονται σε
αυτή, σαφώς και κατανοητά, το σύνολο των στοιχείων που αφορούν στην ταυτότητα του εργαστηρίου και του πελάτη, όλα τα στοιχεία που
αφορούν στις συνθήκες και τη μεθοδολογία διενέργειας της μέτρησης / δοκιμής, καθώς και τα αποτελέσματα των μετρήσεων / δοκιμών και το
περιθώριο της αβεβαιότητάς τους.
- Συνεργασίες με υπεργολάβους: Στην περίπτωση συνεργασίας με υπεργολάβους, θα πρέπει να είναι αποδεδειγμένη η τεχνική επάρκεια του
υπεργολάβου να εκτελέσει τις όποιες μετρήσεις / δοκιμές του ανατεθούν.
- Συνεργασίες με άλλα εργαστήρια και φορείς: Το εργαστήριο θα πρέπει να αναπτύσσει την απαραίτητη συνεργασία τόσο με τους πελάτες του,
όσο και με τον συνεργαζόμενο φορέα διαπίστευσης, καθώς και με άλλα εργαστήρια και φορείς που εκπονούν πρότυπα και κανονισμούς.
- Ανεξαρτησία, αβεβαιότητα μετρήσεων και εμπιστευτικότητα: Θα πρέπει με κάθε τρόπο να διασφαλίζεται η αξιοπιστία και αμεροληψία των
μετρήσεων / δοκιμών που εκτελούνται.
3. ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ
•
•
•
•
•
Από ένα σταθμό μπορεί να λείπουν δεδομένα, λόγω δυσλειτουργίας κάποιου αισθητήρα για ένα χρονικό διάστημα. Καλό είναι,
βέβαια, να γίνεται έγκαιρη διάγνωση και επισκευή/αντικατάστασή του για όσο το δυνατόν μικρότερη απώλεια δεδομένων. Αυτά τα
δεδομένα που λείπουν, αλλά και όλα τα δεδομένα μπορούν να υπολογιστούν μέσω συσχέτισης στοιχείων από υπάρχοντα δεδομένα
ενός σταθμού αναφοράς.
Αυτό μπορεί να γίνει μέσω κατάλληλων λογισμικών, που λαμβάνουν υπ’ όψιν παραμέτρους των τοποθεσιών που επηρεάζουν τις
αιολικές μετρήσεις, όπως το ύψος, την τοπογραφία και το ανάγλυφο (οι εξάρσεις και βυθίσεις της επιφάνειας της γης) του εδάφους.
Οι μετρήσεις του σταθμού αναφοράς για να είναι αξιόπιστες μακροπρόθεσμα, πρέπει να εξασφαλιστεί ότι ο σταθμός είναι επαρκώς
εκτεθειμένος, δηλαδή ότι δεν υπάρχουν φυσικά εμπόδια κοντά στο σύστημα μέτρησης,
όπως δέντρα, κτίρια ή άλλα μετρητικά συστήματα.
Τα δεδομένα αυτά θα υπολογιστούν από ορισμένες τιμές σε μία γνωστή τοποθεσία και
συνήθως προκύπτουν από τοπικές μετεωρολογικές μετρήσεις ή άλλα δεδομένα σχετικά
με τον καιρό, που καταγράφτηκαν ή προέκυψαν από αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης,
όπως αυτά που χρησιμοποιούν οι εθνικές μετεωρολογικές υπηρεσίες.
Αυτά τα λογισμικά χαρτογράφησης του ανέμου, τυπικά θα εξάγουν μια γραφική
απεικόνιση της μέσης ταχύτητας του ανέμου για ένα συγκεκριμένο ύψος σε μια περιοχή.
Αυτό μπορεί να έχει τη μορφή ενός αιολικού άτλαντα, ο οποίος αναπαριστά την
ταχύτητα του ανέμου πάνω από μία επίπεδη ομογενή περιοχή. Σε κάποιες περιοχές
διατίθενται αιολικοί χάρτες που λαμβάνουν υπόψη το ανάγλυφο και την τοπογραφία
της περιοχής. Ένας τέτοιος χάρτης φαίνεται στη διπλανή εικόνα για την Ευρώπη, για το
ύψος των 50μ. Με διαφορετικά χρώματα αναπαριστώνται οι διάφορες ζώνες ταχυτήτων
ανέμου. Φυσικά, ο χάρτης αυτός δείχνει την κατανομή της ταχύτητας σε μια μεγάλη
περιοχή. Υπάρχουν λεπτομερέστεροι χάρτες για κάθε χώρα.
•
•
•
•
•
4.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ)
Το τελικό βήμα για να αποφασιστεί αν μια τοποθεσία είναι κατάλληλη για να μετατραπεί σε αιολικό πάρκο είναι η εκτίμηση των
αιολικών πόρων σε τοπικό επίπεδο, σε επίπεδο αιολικού πάρκου. Ο αιολικός χάρτης είναι ένα βήμα για αναζήτηση τοποθεσιών αλλά
δε δικαιολογεί από μόνος του μια αναπτυξιακή επένδυση.
Απαιτείται λοιπόν, ένα κατάλληλο λογισμικό που θα αναλάβει τα αποτελέσματα των μετρήσεων και θα τα αναλύσει, για να παράσχει
μια αξιόπιστη πρόβλεψη για την αναμενόμενη παραγωγή ενέργειας του μελλοντικού πάρκου καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής του, το
οποίο θα πρέπει να λάβει υπόψη και τις αβεβαιότητες και τα σφάλματα στη βασική εκτίμηση της ταχύτητας του ανέμου
Τα μεγέθη που πρέπει να έχουν καταγραφεί για ανάλυση σε ένα συγκεκριμένο ύψος είναι η μέση ταχύτητα του ανέμου, η μέση
διεύθυνσή του, η θερμοκρασία, η βαρομετρική πίεση, η τυπική απόκλιση της ταχύτητας και η μέγιστη ταχύτητα (ριπή) σε διάστημα το
πολύ 3 δευτερολέπτων.
Έτσι, θα υπολογιστούν τα εξής:
-Η κύρια διεύθυνση του ανέμου, για τον κατάλληλο προσανατολισμό των πτερυγίων της ανεμογεννήτριας.
-Η πυκνότητα του ανέμου, από τη θερμοκρασία και τη βαρομετρική πίεση.
-Η τύρβη, δηλαδή οι διακυμάνσεις και οι ριπές του ανέμου καθώς και η συχνότητά τους. Αν η τύρβη διατηρείται σε σχετικά χαμηλά
επίπεδα, η τοποθεσία είναι κατάλληλη για εγκατάσταση ανεμογεννητριών, με την ελάχιστη φθορά των υλικών της
-Τα επίπεδα της ταχύτητας του ανέμου, καθώς και
η κατανομή των διαφόρων ζωνών ταχυτήτων
(βλ. αριστερό σχήμα).
-Ένα ροδόγραμμα ανέμου (Windrose)που δείχνει
την κατανομή της ταχύτητας ανά διεύθυνση ανέμου
(βλ. δεξιό σχήμα).
Από τα αποτελέσματα αυτά, θα αποφασιστεί ο τύπος
της ανεμογεννήτριας, δηλαδή:
-το ύψος του ρότορα, που περιστρέφει τα πτερύγια, που θα είναι το ύψος με τις βέλτιστες μετρήσεις,
που προήλθαν από το αντίστοιχο ανεμόμετρο και ανεμοδείκτη
-η ακτίνα των πτερυγίων, η οποία πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για μεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας, αλλά τόση ώστε να αντέξει
την μετρηθείσα τύρβη.
- ο προσανατολισμός της ανεμογεννήτριας και η κλίση των πτερυγίων, ώστε να εκμεταλλευτεί την κύρια διεύθυνση του ανέμου.
5. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ
•
•
•
•
•
•
•
Το τελευταίο βήμα για τη δημιουργία του αιολικού πάρκου είναι η υποβολή των αποτελεσμάτων, σε μορφή αίτησης, στη Ρ.Α.Ε.
(Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας), η οποία θα τα αξιολογήσει και θα αδειοδοτήσει την κατασκευή του πάρκου, τυπικά μετά από 5-7 έτη.
Η Ρ.Α.Ε. είναι ανεξάρτητη διοικητική αρχή και έχει κυρίως γνωμοδοτικές και εισηγητικές αρμοδιότητες στον τομέα της ενέργειας. Ο
ρόλος της δεν είναι ελεγκτικός ή δικαστικός, αλλά σκοπός της είναι να διευκολύνει τον ελεύθερο και υγιή ανταγωνισμό στην
ενεργειακή αγορά.
Σκοπός της ΡΑΕ επίσης, είναι να εξασφαλίσει τους μακροχρόνιους στρατηγικούς στόχους της ενεργειακής πολιτικής και την
εξυπηρέτηση του δημοσίου συμφέροντος, όπως η επαρκής, αξιόπιστη και ισότιμη τροφοδοσία όλων των καταναλωτών, η ασφάλεια
τροφοδοσίας της χώρας, το περιβάλλον, η ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οι νέες τεχνολογίες, η αποτελεσματική
χρήση και προμήθεια ενέργειας και η εξασφάλιση επαρκούς υποδομής για την ενέργεια.
Η αίτηση που κατατίθεται στην ΡΑΕ και στο Υπουργείο Ανάπτυξης για Άδεια Παραγωγής περιλαµβάνει: τα αποτελέσµατα των
ανεµολογικών µετρήσεων, την ενεργειακή µελέτη, την τεχνικοοικονοµική µελέτη, καθώς και την Προµελέτη Περιβαλλοντικών
Επιπτώσεων (ΠΠΕ) του έργου.
Η ΡΑΕ αξιολογεί την αίτηση και, εφόσον πληρούνται τα ενεργειακά και οικονοµικά κριτήρια που θέτει ο Κανονισµός Αδειών, προωθεί
το φάκελο στην αρµόδια περιβαλλοντική αρχή για τη διενέργεια της ΠΠΕΑ (Προκαταρκτική Περιβαλλοντική Εκτίμηση και
Αξιολόγηση). Στη φάση αυτή ερωτώνται επισήµως όλες οι συναρµόδιες υπηρεσίες και τελικώς, µετά τη χορήγηση της ΠΠΕΑ, σε ένα
χρονικό διάστηµα µεταξύ 1 - 4 χρόνων ο επενδυτής θα λάβει την Άδεια Παραγωγής.
Μετά τη λήψη της Άδειας Παραγωγής, ο επενδυτής προχωράει στο επόμενο βήµα, που περιλαµβάνει σειριακά την αίτηση στο
ΔΕΣΜΗΕ (Διαχειριστής Ελληνικού Συστήματος Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας) για τη διατύπωση όρων σύνδεσης µε το Ηλεκτρικό
Σύστηµα και ακολούθως την εκπόνηση της αναλυτικής Μελέτης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων του έργου και κατάθεσή της προς
έγκριση στους αρµόδιους φορείς και υπηρεσίες, στο πλαίσιο της αίτησης για άδεια εγκατάστασης.
Στη Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων, ο επενδυτής οφείλει να εξετάσει όλες τις ειδικές παρατηρήσεις που έχουν γίνει µέχρι
εκείνη τη στιγµή από τις αρµόδιες υπηρεσίες και πιθανά να εκπονήσει πρόσθετες και εξειδικευµένες µελέτες ανάλογα µε την
περίπτωση. Ενδεικτικά, µελέτες που έχουν ζητηθεί κατά καιρούς είναι ορνιθολογικές µελέτες (για περιοχές που πιθανά να έχουν
ιδιαίτερη σηµασία για την ορνιθοπανίδα), µελέτες χλωρίδας και σπάνιων φυτών. Οπωσδήποτε απαιτούνται µελέτη θορύβου, µελέτη
φωτορεαλισµού του αιολικού πάρκου, µελέτη όδευσης των ηλεκτρικών γραµµών, αναλυτικές µελέτες οδοποιίας και µελέτες
αποκατάστασης του φυσικού περιβάλλοντος από τις επεµβάσεις που πρόκειται να λάβουν χώρα κατά την κατασκευή του έργου.
6. ΤΥΠΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ
•
Ένα απλό τυπικό σύστημα (με 10μ ιστό), περιλαμβάνει:
- Ένα ανεμόμετρο στα 10μ (για μέτρηση ταχύτητας ανέμου στα 10μ)
- Έναν ανεμοδείκτη στα 10μ (για μέτρηση διεύθυνσης ανέμου στα 10μ)
- Ένα θερμόμετρο και ένα βαρόμετρο, για μέτρηση θερμοκρασίας και βαρομετρικής πίεσης για εκτίμηση της πυκνότητας του ανέμου.
- Ένα καταγραφικό με τουλάχιστον 1 κανάλι απαριθμητή (για το ανεμόμετρο) και τουλάχιστον 3 αναλογικά κανάλια για τους
υπόλοιπους αισθητήρες.
- Προαιρετικά, ανάλογα με το μοντέλο του καταγραφικού, αυτό μπορεί να περιλαμβάνει εσωτερικό modem ή να προστεθεί
εξωτερικό (με κεραία, σε κάθε περίπτωση), για επικοινωνία από μακριά, μέσω GSM/GPRS.
- Μπαταρία μολύβδου 12V, με φορτιστή και φωτοβολταϊκό, για την τροφοδοσία του συστήματος.
•
Ένα πιο σύνθετο σύστημα (με 40μ ιστό), περιλαμβάνει:
- 4 ανεμόμετρα : 1 για μέτρηση στα 10μ, 1 για μέτρηση στα 30μ και 2 για την κορυφή (40μ). Το δεύτερο ανεμόμετρο κορυφής
χρησιμοποιείται για επιβεβαίωση της μέτρησης και σε περίπτωση που καταστραφεί/καεί το ένα από τα δύο.
- 3 ανεμοδείκτες για μέτρηση διεύθυνσης ανέμου στα 10μ, στα 30μ και στα 40μ.
- Ένα θερμόμετρο και ένα βαρόμετρο, για μέτρηση θερμοκρασίας και βαρομετρικής πίεσης για εκτίμηση της πυκνότητας του ανέμου.
- Ένα καταγραφικό με τουλάχιστον 4 κανάλια απαριθμητή (για τα ανεμόμετρα) και τουλάχιστον 5 αναλογικά κανάλια για τους
υπόλοιπους αισθητήρες.
- Προαιρετικά, ανάλογα με το μοντέλο του καταγραφικού, αυτό μπορεί να περιλαμβάνει εσωτερικό modem ή να προστεθεί
εξωτερικό (με κεραία, σε κάθε περίπτωση), για επικοινωνία από μακριά, μέσω GSM/GPRS.
- Μπαταρία μολύβδου 12V, με φορτιστή και φωτοβολταϊκό, για την τροφοδοσία του συστήματος.
•
•
•
•
•
7. ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟΙ ΙΣΤΟΙ
Οι μετεωρολογικοί ιστοί χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες:
-Σωληνωτοί, οι οποίοι είναι βαρέως τύπου, σχετικά μικρού ύψους (10-40m
συνήθως), διαμέτρου σωλήνα 130-150mm. Είναι κατάλληλοι για σχετικά
χαμηλά υψόμετρα (έως 1000m περίπου), όπου δεν αναπτύσσεται πάγος μεγάλου πάχους, που θα βαρύνει επικίνδυνα τον ιστό και τα συρματόσκοινα.
Επίσης, είναι λιγότερο ανθεκτικοί και στις υψηλές ταχύτητες ανέμου που
αναπτύσσονται σε υψηλά υψομέτρα. Λόγω βάρους απαιτούνται πολλά
επίπεδα συρματόσκοινων (περίπου 2 ανά 10m), ενώ πρέπει να στηρίζονται
στο έδαφος και με τα κατάλληλα αγκύρια, ανάλογα με τη μορφολογία του.
-Δικτυωτοί, οι οποίοι είναι ελαφρού τύπου, είναι πιο ανθεκτικοί σε μεγαλύτερα υψόμετρα, όπου αναπτύσσεται περισσότερος πάγος και εμφανίζονται
υψηλές ταχύτητες ανέμου (πάνω από 50m/sec), οι οποίες σπάνια εμφανίζονται στον Ελλαδικό χώρο. Τα επίπεδα συρματόσκοινων που απαιτούνται
για τυπικό ύψος ιστού 50m είναι 4. Φυσικά, οι δικτυωτοί ιστοί είναι πιο
ακριβοί από τους σωληνωτούς.
Στο διπλανό διάγραμμα βλέπετε ένα απλό παράδειγμα εγκατάστασης 10m
σωληνωτού ιστού. Ο ιστός στηρίζεται και γειώνεται ηλεκτρικά μέσω της
βάσης του, στην οποία καρφώνονται ράβδοι γείωσης, οι οποίοι βυθίζονται
περίπου 2 μέτρα στο έδαφος.
Το καταγραφικό εγκαθίσταται σε χαμηλό ύψος για να έχει πρόσβαση από
τον άνθρωπο, μέσα σε σφραγισμένο κουτί IP65, κατάλληλο για όλες τις
καιρικές συνθήκες.
Οι αισθητήρες εγκαθίστανται σε οριζόντιους βραχίονες ή σε κάθετη ράβδο,
όπως φαίνεται από το σχήμα, με κανόνες που υπαγορεύει το πρότυπο
IEC 61400-12-1, που θα συζητηθούν παρακάτω.
Τα καλώδια που συνδέουν τους αισθητήρες στο κατάγραφικό είναι
εύκαμπτα καλώδια LiYCY 2κλωνα έως 5κλωνα, πάχους 0.25mm με γείωση.
8. ΠΡΟΤΥΠΟ IEC 61400-12-1
•
•
•
•
Το πρότυπο IEC 61400-12-1, σε σχέση με τους αισθητήρες μετρητικών
αιολικών συστημάτων, προβλέπει τα εξής:
Ταχύτητα ανέμου.
- Τα ανεμόμετρα πρέπει να εγκαθίστανται σε ύψος ±2.5% του ύψους του
ρότορα της μελλοντικής ανεμογεννήτριας, προτιμότερο στην κορυφή μιας
κάθετης ράβδου, που στέκεται χωρίς εμπόδια στην κορυφή του ιστού. Τα
κύπελλα πρέπει να απέχουν τουλάχιστον 75cm από την κορυφή.
- Επιπλέον, μπορούν να εγκατασταθούν ανεμόμετρα και σε χαμηλότερα
ύψη πάνω σε οριζόντιους βραχίονες, προσαρμοσμένους στην άκρη του
ιστού και δείχνοντας στην επικρατέστερη διεύθυνση ανέμου. Για ελάττωση της επίδρασης τυχόν εμποδίων στη ροή του ανέμου, η κάθετη απόσταση από οποιοδήποτε άλλο βραχίονα πρέπει να είναι τουλάχιστον 7 φορές
η διάμετρος του βραχίονα, ενώ η οριζόντια απόσταση από τον ιστό τουλάχιστον 7 φορές η μέγιστη διάμετρος του ιστού (είτε πρόκειται για σωληνωτό είτε για δικτυωτό).
Διεύθυνση ανέμου.
- Οι ανεμοδείκτες θα εγκαθίστανται σε σε ύψος ±10% του ύψους του
ρότορα της μελλοντικής ανεμογεννήτριας. Προσοχή πρέπει να δοθεί ώστε η
θέση τους να μην προκαλεί παραμόρφωση ροής αέρα μεταξύ ανεμομέτρων και του ανεμοδεικτών.
- Η απόλυτη ακρίβεια της μετρούμενης διεύθυνσης ανέμου πρέπει να είναι καλύτερη από 5 μοίρες.
Πυκνότητα ανέμου. Η πυκνότητα υπολογίζεται από τη θερμοκρασία (αντιστρόφως ανάλογη) και την πίεση (ανάλογη) του ανέμου.
- Ο αισθητήρας θερμοκρασίας πρέπει να τοποθετηθεί τουλάχιστον 10m πάνω από την επιφάνεια του εδάφους και κοντά στο ύψος
του ρότορα της μελλοντικής ανεμογεννήτριας.
- Το ίδιο ισχύει και για τον αισθητήρα βαρομετρικής πίεσης, αλλά σε περίπτωση που τοποθετηθεί σε διαφορετικό ύψος, οι μετρήσεις
μπορούν να διορθωθούν και να αναχθούν στο σωστό ύψος, σύμφωνα με το ISO 2533.
•
•
•
•
•
9. ΤΥΠΟΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ
Οι αισθητήρες αιολικών μετρήσεων που θα χρησιμοποιηθούν χωρίζονται σε ορισμένες κατηγορίες.
Οι τύποι των ανεμομέτρων είναι:
- Ημιτονικού σήματος (χαμηλής AC τάσης εξόδου). Η περιστροφή του άξονα των κυπέλλων, μέσω ενός μαγνήτη, επάγει μία ημιτονοειδή
ac τάση εξόδου σε ένα πηνίο, του οποίου η συχνότητα είναι ανάλογη της ταχύτητας του ανέμου. Τυπικά παραδείγματα αισθητήρων είναι
το #40 της NRG και το 05103 της YOUNG.
- Τύπου REED, που χρησιμοποιούν ένα διακόπτη γλωσσίδας (reed) που ενεργοποιείται μαγνητικά, ο οποίος τοποθετείται σε συσκευασία
από οξείδιο του σιδήρου, για να παρέχει ένδειξη της ταχύτητας του ανέμου, διατηρώντας χαμηλή την ταχύτητα εκκίνησης του αισθητήρα.
Η έξοδος του διακόπτη reed είναι διακόπτης off-on και καταγράφεται η συχνότητα αλλαγής κατάστασής του. Τυπικά παραδείγματα
αισθητήρων είναι το A100R της Vector και το P2546A της RISO.
- Οπτικού δίσκου. Ο ρότορας 3 κυπέλλων χαμηλής αδράνειας περιστρέφεται από τον άνεμο και η περιστροφή διαβάζεται οπτοηλεκτρονικά και μετατρέπεται σε ένα τετραγωνικό σήμα. Η συχνότητα του σήματος είναι ανάλογη του αριθμού των περιστροφών. Τυπικά
παραδείγματα αισθητήρων είναι το First Class της Thies και τα A100-K, -L, -M, -LM της Vector.
- Τύπου προπέλας (τύπου ταχογεννήτριας), τα οποία σε αντίθεση με τα προηγούμενα, δε χρησιμοποιούν περιστρεφόμενα κύπελλα,
αλλά μια ελικοειδή προπέλα. Χρησιμοποιεί μία υψηλής ποιότητας ταχογεννήτρια, που μετατρέπει την περιστροφή σε dc τάση που είναι
ανάλογη της ταχύτητας του ανέμου. Η προπέλα αποκρίνεται μόνο στη συνιστώσα του ανέμου που είναι παράλληλη στον άξονα
περιστροφής της, ο οποίος ρυθμίζεται. Άλλες συνιστώσες έχουν απόκριση συνημιτονοειδούς καμπύλης. Συνήθως χρησιμοποιούνται για
να μετρήσουν την κάθετη συνιστώσα ταχύτητας του ανέμου. Τυπικό παράδειγμα αισθητήρα είναι το 27106 της Young.
Όσον αφορά στις 3 πρώτες κατηγορίες (ανεμόμετρα κυπέλλων), τα πρώτα έχουν την υψηλότερη ταχύτητα εκκίνησης καταγραφής (0.70.8 m/sec) ενώ η ακρίβεια και η διακριτική τους ικανότητα είναι σαφώς χειρότερη. Για παράδειγμα, η διακριτική ικανότητα του #40 είναι
76cm, ενώ του First Class της Thies είναι 5cm. Φυσικά, η διαφορά στο κόστος είναι ανάλογη
Οι τύποι των ανεμοδεικτών είναι:
- Ποτενσιομετρικά, που είναι και ο συνηθέστερα χρησιμοποιούμενος τύπος. Η διεύθυνση του ανέμου διαβάζεται μέσω ποτενσιομέτρου.
Με την ακριβή τάση διέγερσης, από το καταγραφικό, που εφαρμόζεται στο ποτενσιόμετρο, το σήμα εξόδου είναι μία αναλογική τάση που
είναι ανάλογη της γωνίας αζιμουθίου της διεύθυνσης του ανέμου. Τυπικά παραδείγματα αισθητήρων είναι το 200P της NRG, το W200 της
Vector, και το First Class της Thies.
- Δίσκου κωδικού grey. Η περιστροφή του ανεμοδείκτη διαβάζεται οπτο-ηλεκτρονικά και η έξοδος αποτελείται από 6 bit, των οποίων οι
πιθανές τιμές (64) χωρίζουν τον κύκλο σε περιοχές των 5.6 μοιρών. Επομένως, κάθε πιθανή τιμή αντιστοιχεί σε μία ζώνη γωνιών. Τυπικό
παράδειγμα αισθητήρα είναι το WAV151 της VAISALA.
Όσον αφορά στις προδιαγραφές των ποτενσιομετρικών ανεμοδεικτών, η διαφορά είναι στην ακρίβεια και τη διακριτική ικανότητα η
οποία είναι καλύτερη στο W200 της Vector, και ακόμα καλύτερες στο First Class της Thies. Επίσης, υπάρχει διαφορά στο dead band
δηλαδή στην περιοχή μοιρών (γύρω από το σημείο αναφοράς 0), που δεν διαβάζεται η έξοδος. Στο 200P είναι τυπικά 4°, στο W200 2.3°
ενώ το First Class της Thies πρακτικά δεν έχει dead band. Φυσικά, η διαφορά στο κόστος είναι ανάλογη.
10. ΚΑΤΑΓΡΑΦΙΚΑ
•
•
•
•
•
Τα χρησιμοποιούμενα καταγραφικά της εταιρίας Σύμμετρον καλύπτουν πολλές ανάγκες σε διαφόρους τύπους μετεωρολογικών
μετρήσεων.
Ο Στυλίτης-10, το απλούστερο καταγραφικό χαμηλού κόστους και μικρού μεγέθους, πιο κατάλληλο για ηλιακές μετρήσεις, διαθέτει 8
κανάλια συνολικά, 1-2 κανάλια απαριθμητή (για ανεμόμετρα, βροχόμετρα, κλπ) και 6-7 αναλογικά κανάλια (για ανεμοδείκτες,
θερμόμετρα, υγρόμετρα, βαρόμετρα, πυρανόμετρα, κλπ). Καταγράφει δεδομένα μέσης, μέγιστης και ελάχιστης τιμής μέσα σε
επιλεγόμενο στατιστικό διάστημα (από 1 sec έως 1 ώρα), με περίοδο δειγματοληψίας 1 sec. Διαθέτει σειριακή θύρα (PERIPHERAL) για
τοπική επικοινωνία με τον υπολογιστή και κατέβασμα δεδομένων, μέσω του λογισμικού Opton. Προαιρετικά, διαθέτει εσωτερικό
GSM/GPRS modem για απομακρυσμένη σύνδεση, μέσω του ίδιου λογισμικού. Στη θύρα COMMUNICATION, μπορείτε να συνδέσετε
εξωτερικό modem. Τέλος, προαιρετικά, διαθέτει ενσύρματη ή ασύρματη (WiFi) θύρα Ethernet, για επικοινωνία μέσω LAN, μέσω του
ίδιου λογισμικού.
Ο Στυλίτης-41, πιο κατάλληλος για ανεμολογικές μετρήσεις, που διαθέτει 3 κανάλια απαριθμητή και 4 αναλογικά κανάλια .
Καταγράφει δεδομένα μέσης, μέγιστης και ελάχιστης τιμής, καθώς και τυπικής απόκλισης μέσα σε επιλεγόμενο στατιστικό διάστημα
(από 1 λεπτό έως 1 ώρα), με περίοδο δειγματοληψίας 1 sec. Διαθέτει σειριακή θύρα για τοπική επικοινωνία με τον υπολογιστή και
κατέβασμα δεδομένων, μέσω του λογισμικού Stylitis Explorer. Επίσης, μέσω καλωδίου NULL MODEM, μπορείτε να συνδέσετε
εξωτερικό GSM modem ή το Sym-o-net της εταιρίας Symmetron για απομακρυσμένες GSM/GPRS συνδέσεις, μέσω του ίδιου
λογισμικού, και αυτόματη αποστολή των δεδομένων μέσω email. Επίσης, μέσω του κατάλληλου Serial-to-Ethernet adaptor, υπάρχει
και η δυνατότητα σύνδεσής του σε LAN και επικοινωνίας μέσω του ίδιου λογισμικού.
Ο Στυλίτης-101, που διαθέτει: 6 κανάλια απαριθμητή, 18 αναλογικά κανάλια, εκ των οποίων τα 12 είναι διαφορικής εισόδου, στα
οποία μπορούν να συνδεθούν και οι ανάλογοι αισθητήρες, όπως τα θερμόμετρα PT-100/PT-1000, και 3 ψηφιακά κανάλια, τα οποία
αντιλαμβάνονται μετρήσεις κοντά στα 5V ως ψηφιακό 1, και μετρήσεις κοντά στα 0V ως ψηφιακό 0. Διαθέτει 2 τρόπους καταγραφής
δεδομένων: με στατιστικούς υπολογισμούς, σε επιλεγόμενο στατιστικό διάστημα, όπως ο Στυλίτης-41, και με χρονοσειρές, δηλαδή
δυνατότητα καταγραφής με συχνότητα 1-32Hz, ξεχωριστά επιλεγόμενη για κάθε είσοδο. Οι μέθοδοι επικοινωνίας με τον υπολογιστή
είναι οι ίδιες με τον Στυλίτη-41
Ο Στυλίτης-50, ο οποίος συνδυάζει τα χαρακτηριστικά του Στυλίτη-41 με το Triplex Modem. Διαθέτει 9 κανάλια απαριθμητή και 10
αναλογικά κανάλια. Καταγράφει δεδομένα μέσης, μέγιστης και ελάχιστης τιμής, καθώς και τυπικής απόκλισης μέσα σε επιλεγόμενο
στατιστικό διάστημα (από 1 λεπτό έως 1 ώρα), με περίοδο δειγματοληψίας 1 sec. Διαθέτει σειριακή θύρα για τοπική επικοινωνία με
τον υπολογιστή και κατέβασμα δεδομένων, μέσω του λογισμικού Opton. Επίσης, διαθέτει εσωτερικό GSM/GPRS modem για
απομακρυσμένη επικοινωνία, και αυτόματη αποστολή των δεδομένων μέσω email. Ακόμη, διαθέτει εσωτερική θύρα Ethernet, για
επικοινωνία μέσω LAN.
11. OPTON- STYLITIS EXPLORER
•
•
Όπως αναφέρθηκε στην προηγούμενη διαφάνεια, το Opton
(πάνω σχήμα) και ο Stylitis Εxplorer (κάτω σχήμα) είναι λογισμικά
λειτουργίας των καταγραφικών της εταιρίας Σύμμετρον και
διατίθενται δωρεάν.
Μερικά χαρακτηριστικά τους είναι η διαχείριση αρχείων δεδομένων,
συνδέσεων και φακέλων τοποθεσιών, ενώ παρέχουν γραφήματα και
στατιστικά σχετικά με τα αρχεία δεδομένων.
12. AUTOCONNECT-CAPTUM
•
Επίσης, δωρεάν διατίθεται το λογισμικό AutoConnect, το οποίο, σε συνεργασία με το Opton και τον Stylitis Εxplorer, πραγματοποιεί
αυτόματες συνδέσεις με τα καταγραφικά και κατέβασμα δεδομένων, μία ή περισσότερες φορές την ημέρα. Επίσης, το AutoConnect
μπορεί να ενημερώνει μία ιστοσελίδα με δεδομένα πραγματικού χρόνου, σχετικά με τα επιλεγόμενα κανάλια, μέσω της εφαρμογής
Captum, η οποία δεν απαιτεί πρόσθετο λογισμικό, αλλά απλώς ένα web browser.
•
•
•
•
13. WINDROSE
To Windrose είναι ένα λογισμικό ανάλυσης αιολικών δεδομένων που
αναπτύχθηκε από το Κ.Α.Π.Ε. Δεν είναι ανεξάρτητο λογισμικό, αλλά ένα
πρόσθετο στο Microsoft Excel.
Για να λειτουργήσει, χρειάζεται ως εισόδους αρχεία δεδομένων, που
περιέχουν σε μορφή στηλών δεδομένων: ταχύτητα ανέμου, διεύθυνση
ανέμου, τυπική απόκλιση της ταχύτητας του ανέμου, ημερομηνία και ώρα.
Η ανάλυση συμφωνεί με τις απαιτήσεις που υπαγορεύουν τα πρότυπα
των IEC και MEASNET.
Τα αποτελέσματά του αποθηκεύονται σε φύλλα εργασίας του Excel και
είναι:
-Κατανομές ταχυτήτων ανέμου ανά διεύθυνση
-Η κύρια διεύθυνση του ανέμου
-Η τύρβη, δηλαδή οι δηλαδή οι διακυμάνσεις και οι ριπές του ανέμου
καθώς και η συχνότητά τους.
-Μέσω της σύγκρισης δύο τοποθεσιών και των κατάλληλων παραμέτρων,
υπολογισμών των δεδομένων που λείπουν.
-Διόρθωση συστηματικών σφαλμάτων μετρήσεων
14. EMMETRON
•
Τέλος, διατίθεται το λογισμικό Emmetron, το οποίο οργανώνει μετρητικούς πόρους σε βάσεις δεδομένων της MySQL, δηλαδή θέσεις,
δεδομένα ανά θέση, εξοπλισμό, προσωπικό, έγγραφα και εργασίες. Εκτός από την οργάνωση των δεδομένων, διαθέτει στατιστικά
στοιχεία και γραφήματα, ενώ παράγει αναφορές και ερωτήματα (queries)
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
ΒΙΒΛΙΑ
•
•
Wind Energy Factsheets, by EWEA-2010
IEC 61400 Standard
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΕΣ
http://www.wind-energy-the-facts.org/en/part-i-technology/
http://155.207.46.127:8080/roadmaps/roadmaps/quality/page.html?page_id=2058
http://www.rae.gr/about/main.htm
http://www.scribd.com/doc/19999834/http://www.2en.gr/
http://www.symmetron.gr/
http://www.symmetron.gr/uploads/Catalog.pdf
http://adsabs.harvard.edu/abs/1972JApMe..11..742F
http://www.windspeed.co.uk/ws/index.php?option=displaypage&op=page&Itemid=67
http://meteocentre.com/StationUqam/instruments/Girouette/WAV151QuickReferenceGuide.pdf
http://www.directindustry.com/prod/dp-measurement/tachometer-12594-410767.html
http://67.199.19.247/gp/wind09/exhibitors/dateien/05_Ammonit_Thies_FirstClassAdvanced.pdf
http://www.campbellsci.com/documents/product-brochures/b_03002.pdf
http://www.proviento.com/NRG40.pdf
http://www.campbellsci.com/documents/manuals/llac4.pdf