Μέτρηση των αιωρούμενων σωματιδίων με επίγειες τεχνικές - συσχέτιση τους με ανεμολογικά δεδομένα – εφαρμογή στο αιολικό πάρκο Λαυρίου

Abstract

Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη των αιωρούμενων σωματιδίων με χρήση του συστήματος lidar οπισθοσκέδασης και η συσχέτιση αυτών με ανεμολογικά δεδομένα. Η περάτωση του πειράματος πραγματοποιήθηκε στο αιολικό πάρκο του Λαυρίου. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή για την ατμοσφαιρική ρύπανση του πλανήτη μας, η οποία αυξάνεται με τα χρόνια, πράγμα που καθιστά αναγκαίο τη μελέτη των αιωρούμενων σωματιδίων που την προκαλούν. Η μελέτη αυτών γίνεται με τη χρήση των συστημάτων lidar, τα οποία χρησιμοποιούν τεχνικές ανίχνευσης μέσω τηλεπισκόπησης. Έτσι, στη συνέχεια γίνεται μία αναφορά στη χρησιμότητα αυτών των συστημάτων για τη μέτρηση διάφορων παραμέτρων της ατμόσφαιρας. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφερόμαστε στα χαρακτηριστικά των αιωρούμενων σωματιδίων. Πιο συγκεκριμένα, θα αναφερθούμε συνοπτικά στις πηγές των αιωρούμενων σωματιδίων, στις οπτικές τους ιδιότητες, καθώς και στις φυσικο-χημικές ιδιότητες αυτών, όπως το μέγεθος, τη μορφή και την χημική τους σύσταση. Τέλος, παρουσιάζεται ο ρόλος που διαδραματίζουν στην παγκόσμια κλιματική αλλαγή, μέσω της έμμεσης και της άμεσης κατακράτησης ακτινοβολίας και, επιπλέον, οι επιπτώσεις στην υγεία, το περιβάλλον και τα οικοσυστήματα. Στο τρίτο κεφάλαιο αναφερόμαστε πιο διεξοδικά στο σύστημα lidar κάνοντας αρχικά μία ιστορική αναδρομή. Περιγράφουμε την αρχή λειτουργίας του συστήματος αυτού και τη βασική του εξίσωση. Στη συνέχεια, περιγράφουμε το Doppler Wind Lidar, αναφέροντας τη τεχνική με την οποία ανιχνεύονται τα αιωρούμενα σωματίδια μέσω του συστήματος αυτού, αλλά και τα πλεονεκτήματά του. Τέλος, αναφερόμαστε στη χρήση αυτού για την εκτίμηση των χαρακτηριστικών της τύρβης που δημιουργείται στο πίσω μέρος των ανεμογεννητριών. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του πειράματος και γίνεται η συσχέτιση των αερολυμάτων με τα ανεμολογικά δεδομένα. Περιγράφουμε το σύστημα του lidar οπισθοσκέδασης της εταιρίας Raymetrics, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή του πειράματος. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σύνοψη, τα συνολικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διπλωματική εργασία, καθώς και μελλοντικές προοπτικές της τεχνικής του lidar οπισθοσκέδασης.

The object of this thesis is the study of aerosols using a lidar backscatter system and their correlation with wind data. The experiment was conducted in the wind park of Lavrio. The first chapter contains an introduction to atmospheric pollution issues of our planet, which have been growing over the years, making it necessary to study aerosols that cause it. Aerosols can be monitored with the use of LIDAR systems, which use remote sensing techniques. This chapter also includes a reference to the usefulness of these systems for the measurement of various parameters of the atmosphere. The second chapter presents the characteristics of the aerosols. More specifically, we will mention briefly the sources of aerosols, optical properties, and their physical and chemical properties, such as size, shape and chemical composition. Finally, it presents the role they play in global climate change through indirect and direct radiation retention and also the impact on health, the environment and ecosystems. In the third chapter we refer in more detail in lidar system initially by making a flashback. We describe the working principle of this system and its basic equation. Then we describe the Doppler Wind Lidar, indicating the technique by which the aerosols are detected through this system, but also its advantages. Finally, we refer to the use of this system for the assessment of the characteristics of the turbulence generated in the back of the wind turbines. The fourth chapter presents the results of the experiment and the correlation of the aerosols with the wind data. We describe the system of lidar backscatter produced by the company “Raymetrics’’, which was used for the experiment. Finally, the fifth chapter presents the summary, the overall conclusions of this thesis and the future prospects of the backscatter lidar technique.