Διερεύνηση σκοπιμότητας εφαρμογής ανεμογεννητριών κατακόρυφου άξονα σε αστικό περιβάλλον με προσομοίωση σε πρόγραμμα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής

Abstract

Έχοντας πλέον αναγνωρίσει το παγκόσμιο πρόβλημα των κλιματικών αλλαγών, έχει καταστεί σαφές, ότι επιβάλλεται η απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και η άμεση στροφή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τόσο από τεχνολογική όσο και από οικονομική άποψη, η αιολική ενέργεια είναι σήμερα αρκετά ώριμη ώστε να συμβάλλει στην αποτροπή των κλιματικών αλλαγών, προσφέροντας συγχρόνως ποικίλα περιβαλλοντικά, κοινωνικά και οικονομικά πλεονεκτήματα. Η Ελλάδα είναι μία χώρα ιστορικά συνδεδεμένη με την αιολική ενέργεια, που έχει την εμπειρία της βιωσιμότητάς της, και ταυτόχρονα προικισμένη από τη φύση με αξιοποιήσιμο αιολικό δυναμικό. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της σκοπιμότητας τοποθέτησης μικρών ανεμογεννητριών κατακόρυφου άξονα στον αστικό ιστό και συγκεκριμένα σε οροφές πολυκατοικιών, για την αξιοποίηση του υπάρχοντος αιολικού δυναμικού. Για τη διερεύνηση του προβλήματος και αφού ορίστηκε συγκεκριμένη περιοχή μελέτης, εν πρώτοις εξετάστηκαν οι νόμοι που διέπουν την κίνηση του ανέμου στο αστικό περιβάλλον και αναλύθηκε η επιλογή του καταλληλότεροου τύπου ανεμογεννήτριας. Συλλέχθηκαν πραγματικά κλιματολογικά δεδομένα της περιοχής των οποίων η επεξεργασία έγινε με το λογισμικό WindRose Pro και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις με το πρόγραμμα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Envi-met, μέσω της χρήσης του οποίου επιχειρήθηκε να αναλυθεί η χρησιμότητα και οι δυνατότητες του στην περιγραφή και επεξεργασία ανεμολογικών μεγεθών. Τα αποτλέσματα των προσομοιώσεων αναλύθηκαν για τις περιπτώσεις τριών χαρακτηριστικών θέσεων της περιοχής και μετά από την αναγωγή τους στα υπαρκτά και σε υποθετικά ανεμολογικά μεγέθη, επιχειρήθηκε η εξαγωγή συμπερασμάτων με βάση την πιθανή ετήσια ενεργειακή παραγωγή στην εκάστοτε θέση.

Having recognized the world problem of climatic changes, it has become obvious that it is essential to reduce the dependence by fossil fuels, and turn into the renewable energy sources. Both from technological and economic point of view, wind energy is nowadays mature enough to contribute in the prevention of the climate changes, as well as offer simultaneously various environmental, social and economic advantages. Moreover, Greece, a country with historical bonds with wind energy, where the viability of wind energy has been proved, presents a significant wind potential. The purpose of this diploma thesis is to evaluate the feasibility of installing vertical axis small wind turbines in urban environment, specifically on rooftops of buildings, in order to take advantage of the urban wind potential. For this purpose, and after the study area was defined, the principals of wind flow in urban environment were presented, the adjective wine turbine type was selected and climatological data from the area were collected and analyzed using WindRose Pro software. The computational fluid dynamics software Envi-met was used to simulate the wind flow through and over the study area, while useful conclusions were made about the software’s capability in describing and processing anemological data. Finally the results of the simulations were evaluated for three specific locations of possible wind turbine installation, and following the estimation of the annual energy output in each location, the thesis ended up with general conclusions.