Ανάπτυξη Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο Θαλάσσιο Περιβάλλον

Θέμα: Ανάπτυξη Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο Θαλάσσιο Περιβάλλον. Συντάκτης: Νικήτας Νικητάκος, Καθηγητής Πανεπιστημίου Αιγαίου -Πλοίαρχος (Μ) Π.Ν. ε.α. Ημερομηνία καταχώρησης: 7 Νοεμβρίου 2008 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι δυνατότητες για την ανάπτυξη Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο Θαλάσσιο Περιβάλλον είναι ιδιαίτερα υψηλές και ελπιδοφόρες. Υπάρχουν αστείρευτες πηγές ενέργειας όπως η αιολική ενέργεια, τα θαλάσσια ρεύματα, οι παλίρροιες και η κυματική ενέργεια. Ακόμη είναι δυνατή και η παραγωγή βιοκαυσίμων. Πολλές τεχνολογίες είναι πλέον ώριμες και παράλληλα αναπτύσσονται πολλές ερευνητικές εφαρμογές με θετικές προοπτικές. Για την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και για την επίτευξη των στόχων της Ευρωπαϊκής Ένωσης όλο και σημαντικότερο ρόλο θα έχει η εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών στη θάλασσα. Τα τελευταία χρόνια και ύστερα από την απελευθέρωση της ενεργειακής αγοράς παρατηρήθηκε στην Ελλάδα μια σημαντική αύξηση στη δημιουργία αιολικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Στο τέλος του έτους 2005 είχαν εγκατασταθεί και λειτουργούσαν 750 ανεμογεννήτριες ισχύος περίπου 580MW. Η διάθεση πόσιμου νερού τα τελευταία χρόνια γίνεται ένα κρίσιμο αντικείμενο μελέτης για πολλές περιοχές της Γης. Σε πολλές περιοχές η έλλειψη πόσιμου νερού επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη και τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η αφαλάτωση του νερού φαίνεται να είναι ίσως ο μοναδικός τρόπος κάλυψης των αναγκών αυτών, οι οποίες ολοένα αυξάνονται και επεκτείνονται και σε άλλες περιοχές της Γης. Η ανανεώσιμες πηγές ενέργειας καλύπτουν κατά κύριο λόγω τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω των υπαρχόντων τοπικών ηλεκτρικών δικτύων. Ωστόσο, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε συνδυασμό με μονάδες αφαλάτωσης δίνουν ενθαρρυντικές προοπτικές για την κάλυψη των αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια και πόσιμο νερό ειδικά μάλιστα σε περιοχές όπου η σύνδεση με το κυρίως ηλεκτρικό δίκτυο είτε είναι ιδιαίτερα δαπανηρή είτε είναι τεχνικά ανέφικτη. Τα αυτόνομα συστήματα αφαλάτωσης εγκαθίστανται συνήθως σε απομονωμένες περιοχές και τα σημερινά επίπεδα της τεχνολογίας εξασφαλίζουν πλέον μια αξιόπιστη λειτουργία ενώ η εξέλιξη τους συνεχίζεται. Σε κάθε περίπτωση το κόστος του παραγόμενου νερού θα πρέπει να παραμένει σε λογικά πλαίσια και είναι αυτό που καθορίζει την χρησιμότητα της εγκατάστασης. Η Μεσόγειος Θάλασσα χαρακτηρίζεται γενικά από βαθιά ύδατα και απότομες μεταβολές της διαμόρφωσης του βυθού. Ειδικά για τον Ελλαδικό χώρο τα βάθη της θάλασσας είναι σημαντικά και η κλίση του βυθού στις περισσότερες ακτές είναι μεγάλη με αποτέλεσμα ακόμα και σε απόσταση 500 μέτρων από την ακτή το βάθος να ξεπερνά τα 50 μέτρα. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα 50 μέτρα βάθος θεωρούνται σήμερα το ανώτατο όριο για την κατασκευή ενός offshore αιολικού πάρκου. Η μόνη λύση για να ξεπεραστεί το όριο αυτό φαίνεται να είναι η λύση των πλωτών κατασκευών, σχέδια των οποίων έχουν αρχίσει να εμφανίζονται. Στην Ελλάδα, οι περιοχές με προσιτό βάθος (έως 30 μέτρα) και μεγάλη σχετικά απόσταση από την ακτή είναι περιορισμένες. Αντιθέτως, στο κεντρικό και νότιο Αιγαίο όπου το αιολικό δυναμικό είναι πολύ καλό η διαμόρφωση του βυθού δεν ευνοεί την εγκατάσταση ανεμογεννητριών στο βυθό. Συνεπώς η λύση των πλωτών κατασκευών θα μπορούσε να αποτελέσει μια λύση, δεδομένου μάλιστα ότι τα πλωτά συστήματα αφαλάτωσης που ερευνώνται θα μπορούσαν να λειτουργήσουν με μικρή έως μεσαίας ισχύος ανεμογεννήτριες, γεγονός που θα μειώσει το μέγεθος των κατασκευών. 2. ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Εικόνα 1. Παραγωγή 240 ΜW ηλεκτρικής ισχύος από την παλίρροια. Κάνοντας μια ιστορική αναδρομή έχουμε την πρώτη μεγάλη μονάδα εκμετάλλευσης της ενέργειας της παλίρροιας στο Rance στη βόρεια Βρετάνη. Εκεί σε συνδυασμό με ένα φράγμα που κατασκευάστηκε (Εικ. 1) παράγονται 240 MW ηλεκτρικής ισχύος. Το φράγμα μήκους 800 μέτρων εξυπηρετεί και ως γέφυρα συνδέοντας το St. Malo και το Dinard. Από το1966 έχουν περάσει 40 χρόνια εμπορικής λειτουργίας όπου ή ετήσια παραγωγή είναι περίπου 640 εκατομμύρια kWh. Η κυματική ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί με ποικίλες τεχνολογίες όπως τα συστήματα Pelamis, LIMPET, Wave Star, Wave Dragon. Εικόνα 2. Συστήματα Pelamis και LIMPET. Η κυματική ενέργεια που αξιοποιείται στα συστήματα αυτά είτε, αυξάνει τη πίεση σε υδραυλικά έμβολα, ανυψώνει τη στάθμη του νερού είτε αυξάνει την πίεση και μετακινεί ένα στρώμα αέρα. Οι τεχνολογίες αυτές εξελίσσονται συνεχώς ώστε να μειωθεί το κόστος των συστημάτων αυτών και να βελτιωθεί η αντοχή τους σε ιδιαίτερα δυσμενείς συνθήκες που επικρατούν ορισμένες φορές. Οι δυνατότητες για την παραγωγή βιοκαυσίμων είναι επίσης σημαντικές. Υπάρχουν προτάσεις επιστημόνων στην Ιαπωνία για την καλλιέργεια φυκιών σε έκταση 10000 τετραγωνικών χιλιομέτρων. Η εκτίμηση είναι ότι θα μπορούν να παραχθούν 20 εκατομμύρια τόνοι βιοαιθανόλης το χρόνο, ποσό που αντιστοιχεί στο 1/3 της κατανάλωσης βενζίνης της Ιαπωνίας. Η τεχνολογία που αξιοποιείται σήμερα με αυξανόμενους ρυθμού είναι οι ανεμογεννήτριες στη θάλασσα. Στην Δανία έχει εγκατασταθεί σημαντικός αριθμός ανεμογεννητριών στη θάλασσα. Στο Ηνωμένο Βασίλειο εγκαταστάθηκαν στην θάλασσα 30 ανεμογεννήτριες των 2 MW. Έτσι έχει δημιουργηθεί ένα αιολικό πάρκο των 60 MW το οποίο κόστισε 75 εκατομμύρια λίρες. Πρόσφατα πραγματοποιήθηκε με επιτυχία η εγκατάσταση στη θάλασσα μιας ανεμογεννήτριας REpower των 5MW με διάμετρο πτερυγίων 126 μέτρα στη Βόρεια Θάλασσα στην Σκωτία. Υπολογίζεται ότι το αιολικό δυναμικό στις ακτές των ΗΠΑ είναι ικανό να προσφέρει όση ηλεκτρική ενέργεια χρειάζονται οι ΗΠΑ. Το προβλημα που υπάρχει είναι ότι τα νερά είναι βαθιά και έτσι μελετώνται λύσεις που χρησιμοποιούνται σε πλωτές εξέδρες. Αντίστοιχες συνθήκες υπάρχουν στην Μεσόγειο και στην Ιαπωνία. Έτσι τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότερες μελέτες γίνονται για την ανάπτυξη πλωτών ανεμογενητριών. Η πλωτή ανεμογεννήτρια Hywind σχεδιάστηκε από την Hydro Νορβηγίας και αναμένεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη πλωτών αιολικών πάρκων σε βαθιά νερά. Εκτιμούν ότι αξιοποιώντας την εμπειρία τους από πλωτές εξέδρες άντλησης πετρελαίου και των αιολικών πάρκων στην ξηρά θα καταφέρουν να εκμεταλλευτούν την αιολική ενέργεια εκεί που φυσάει περισσότερο δηλαδή στη θάλασσα. Στην περίπτωση που η προσπάθεια είναι επιτυχής αυτή η τεχνολογία θα αποτελέσει σημαντικό μέρος της ενεργειακής μας τροφοδότησης στο μέλλον. 3. ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ Μελετώντας τα ερευνητικά αποτελέσματα στους παραπάνω τομείς και εξετάζοντας τα ιδιαιτέρα χαρακτηριστικά των μικρών νησιών του Αιγαίου μελετήθηκε σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα φιλικού προς το περιβάλλον συστήματος αφαλάτωσης θαλάσσιου ύδατος αξιοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στόχος είναι να συμβάλλει στην κάλυψη της αυξημένης εποχιακής ζήτησης νερού στα νησιά με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον και με βέλτιστη ενεργειακή απόδοση της μονάδας αφαλάτωσης. Η τοποθέτηση των ανεμογεννητριών γίνεται ήδη στη χώρα μας όπως και στις υπόλοιπες χώρες του κόσμου με μεγάλη επιτυχία. Αυτή τη στιγμή ανεμογεννήτριες βρίσκονται εγκατεστημένες στη στεριά και ιδιαίτερα σε κορυφογραμμές βουνών, όπου μπορούν να εκμεταλλευτούν ανεμπόδιστα την ισχύ του ανέμου. Στα μικρά νησιά του Αιγαίου, παρά το υψηλό αιολικό δυναμικό, δεν είναι εύκολη η εγκατάσταση μεγάλων ανεμογεννητριών. Αυτό οφείλεται στις περιορισμένες δυνατότητες του ηλεκτρικού δικτύου, στην δυσκολία μεταφοράς και εγκατάστασης και στη μη δυνατότητα απόσβεσης λόγω κυρίως εποχιακής ζήτησης. Η βασική ιδέα είναι πρώτον ότι καθώς οι ανεμογεννήτριες είναι τοποθετημένες σε κορυφογραμμές, είναι σημαντικά υψηλό το κόστος εγκατάστασης μεταφοράς ισχύος προς τη μονάδα αφαλάτωσης η οποία βρίσκεται μακριά από την πηγή ενέργειας. Δεύτερον, μονάδες αφαλάτωσης υπάρχουν εγκατεστημένες ήδη σε πλωτές κατασκευές (π.χ. πλοία), οι οποίες λειτουργούν με ενέργεια παραγόμενη από πηγή όχι φιλική προς το περιβάλλον. Έτσι μελετήθηκε η σύζευξη μονάδας αφαλάτωσης με ανεμογεννήτρια, η οποία θα είναι πλωτή, ώστε να έχουμε : (α) Μειωμένο κόστος σύνδεσης των μονάδων, καθώς δεν έχουμε δίκτυο μεταφοράς, (β) Δυνατότητα τοποθέτησης της μονάδας μακριά από κατοικημένες περιοχές, ώστε να μην ενοχλεί τους κατοίκους, (γ)Δυνατότητα μεταφερσιμότητας της μονάδας, ώστε να είναι δυνατή η καλύτερη εκμετάλλευση του συστήματος σε διαφορετικές περιοχές ανάλογα με τις συνθήκες. Έτσι δημιουργήθηκε μια πλωτή, αυτόνομη, φιλική προς το περιβάλλον και αποδοτική μονάδα αφαλάτωσης. Η μονάδα, περιλαμβάνει ανεμογεννήτρια για την παραγωγή της απαιτούμενης ενέργειας αφαλάτωσης του θαλασσίου ύδατος. Είναι φιλική προς το περιβάλλον γιατί αφενός χρησιμοποιεί τον άνεμο σαν πηγή ενέργειας, και αφετέρου το προς επεξεργασία νερό δεν προέρχεται από υπόγεια υφάλμυρα ύδατα αλλά από την θάλασσα. Η λειτουργία της μονάδας αφαλάτωσης βασίζεται στο φαινόμενο της αντίστροφης όσμωσης. Μονάδες αντιστρόφου οσμώσεως λειτουργούν για περισσότερο από 20 χρόνια σε πολλές περιοχές του κόσμου με πάρα πολύ θετικά αποτελέσματα. Βέβαια καθώς υπάρχουν ακόμα πολλά πεδία ανοιχτά για την βελτίωση της λειτουργίας των μονάδων αυτών. Η βασική λειτουργία των συστημάτων αντίστροφης όσμωσης είναι η ακόλουθη α) τροφοδοσία με αντλίες χαμηλής πίεσης β) χημική προεπεξεργασία του θαλάσσιου ύδατος γ) φιλτράρισμα δ) χημική επεξεργασία ε) διήθηση από μεμβράνες με υψηλή πίεση στ) τελική επεξεργασία (αποσκλήρυνση, χλωρίωση κ.λ.π). Σε αυτά απαιτούνται α) χημικός καθαρισμός και καθάρισμα φίλτρων κάθε μήνα β) ηλεκτρική κατανάλωση 9-10 kWh/ton πόσιμου νερού με μείωση αυτής σε 4-6 kWh/ton με συστήματα ανάκτησης ενέργειας. Τα προβλήματα που συναντώνται συνήθως είναι: α) οι ανόργανες και οι οργανικές επικαθίσεις ανόργανων, οι οποίες μειώνουν την παραγωγική ικανότητα, με αποτέλεσμα είτε να απαιτείται συχνός χημικό καθαρισμό είτε να χρησιμοποιούνται χημικά για την αποφυγή των επικαθίσεων. β) Το σχετικά μη αποδοτικό ενεργειακό ισοζύγιο. Οι μέθοδοι ανάκτησης ενέργειας έχουν υψηλό κόστος κύκλου λειτουργίας. Η έρευνα στο θέμα αυτό οδήγησε ώστε : Α) να μειωθούν τα φαινόμενα των οργανικών και ανόργανων επικαθίσεων στις μεμβράνες. Αυτό οφείλεται στην μελέτη καινούργιων σχεδιασμών της διάταξης του υποσυστήματος μεμβρανών και στην μελέτη της επίδρασης της ταχύτητας της ροής του ρευστού πλήρωσης της μονάδας καθώς και στον λόγο της ροής εισόδου σε σχέση με την ροή επιστροφής. Β) να αυξήσει τον βαθμό απόδοσης του κύκλου μελετώντας καινούργια συστήματα ανάκτησης ενέργειας. Γ) να λειτουργεί χωρίς χημική επεξεργασία Η μονάδα είναι αυτόνομη που σημαίνει ότι δεν είναι απαραίτητη η σύνδεση της στο δίκτυο της ΔΕΗ. Επειδή είναι πλωτή, ακόμα και μεγάλες μονάδες μπορούν να κατασκευαστούν και να ανεγερθούν σε ναυπηγείο και να ρυμουλκηθούν στο τόπο εγκατάστασης. Ιδιαίτερο στοιχείο του συστήματος είναι η αυτόνομη λειτουργία του. Έτσι αναπτύχθηκε σύστημα αυτομάτου ελέγχου το οποίο επιτρέπει ώστε η μονάδα να λειτουργεί αυτόνομα και πλήρως αυτοματοποιημένα αλλά και την παρακολούθηση και τον τηλεχειρισμό της. 3.1 Πλωτή εξέδρα Η χρήση πλωτής ανεμογεννήτριας για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού παρουσιάζει τα εξής πλεονεκτήματα: Στην θάλασσα υπάρχουν λιγότεροι περιορισμοί από ότι στη στεριά διότι υπάρχει πολύς ανοιχτός χώρος και οι περιορισμοί στους θορύβους είναι μικρότεροι. Η πλωτή εξέδρα έχει το πλεονέκτημα απέναντι στην θεμελιωμένη στο βυθό της θάλασσας ότι μπορεί να τοποθετηθεί σε βαθύτερα νερά και επομένως σε μεγαλύτερες αποστάσεις από τη στεριά όπου η αιολική ενέργεια είναι ποιοτικά καλύτερη. Σε απόσταση από τη στεριά η ταχύτητα του ανέμου αυξάνει 20%. Η ενέργεια του ανέμου αυξάνει με το κύβο (στη τρίτη δύναμη) της ταχύτητας του ανέμου. Συνεπώς είναι φανερό ότι η διαθέσιμη αιολική ενέργεια στη θάλασσα είναι πολύ μεγαλύτερη από τη στεριά. Επιπλέον στη θάλασσα ο άνεμος είναι πιο σταθερός (δεν υπάρχουν τόσο έντονα φαινόμενα αυξομειώσεων όπως στη στεριά) με συνέπεια η παραγόμενη ενέργεια να αυξάνει σε ποσοστό 40% σε σχέση με τη στεριά. Επίσης η επιφάνεια της θάλασσας είναι πολύ πιο ομαλή από της στεριάς με συνέπεια η αιολική ενέργεια να είναι διαθέσιμη σε χαμηλότερα ύψη από ότι στη στεριά. Ο άνεμος στη θάλασσα παρουσιάζει πολύ μικρότερες αναταράξεις από ότι στη στεριά. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα μικρότερα φορτία μηχανικής καταπόνησης και επομένως μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για τις ανεμογεννήτριες. Για παράδειγμα μία ανεμογεννήτρια σχεδιασμένη για να αντέξει στην στεριά 20 χρόνια στη θάλασσα μπορεί να αντέξει 25-30 χρόνια. Η επίδραση στο περιβάλλον χώρο των θαλάσσιων ανεμογεννητριών είναι πολύ μικτότερη από τις αντίστοιχες στη στεριά. Μελετήθηκαν εναλλακτικές μορφές πλωτών κατασκευών για την στήριξη της ανεμογεννήτριας και της μονάδας αφαλάτωσης. Τελικά σχεδιάστηκε μια πλωτή μονάδα βελτιστοποιημένη ως προς το κόστος κατασκευής και τις διαστάσεις. Σε σχέση με τις κατασκευές “βυθού”, οι πλωτές κατασκευές είναι ανταγωνιστικές σε μεγάλα βάθη και είναι η μοναδική λύση για πολύ μεγάλα βάθη καθώς στις περιπτώσεις εκείνες όπου απαιτείται η μετακίνηση τους. Σύμφωνα με τη σχετική βιβλιογραφία [1],[2],[3],[4], σήμερα εξετάζονται συμπλέγματα τριών, τεσσάρων ή και περισσοτέρων πλωτών κυλίνδρων, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ των με μεταλλικά στοιχεία κατάλληλων διατομών, και στο κέντρο του περιγεγραμμένου κύκλου στηρίζεται η ανεμογεννήτρια. Το σύστημα του μονού πλωτού κυλίνδρου (Εικ. 4) παρουσιάζει προβλήματα αφού, ενώ από πλευράς αρχικής ευσταθείας το πρόβλημα επιλύεται με την αύξηση της διαμέτρου και την τοποθέτηση έρματος, δεν συμβαίνει το ίδιο με τις κινήσεις διατοιχισμού και των κατακόρυφων ταλαντώσεων όπου πρέπει να αποφευχθεί ο συντονισμός του πλωτού με το κύμα. Το πρόβλημα μπορεί να επιλυθεί με ειδική κατασκευή η οποία θα συνδυάζει το χαμηλό κέντρο βάρους με υψηλό κέντρο ανώσεως για την αρχική ευστάθεια. Το μειονέκτημα το οποίο καθιστά την παραπάνω ιδέα δύσκολη, είναι το μεγάλο βύθισμα (>20 μέτρα) που απαιτείται. Η ιδέα του συμπλέγματος των τριών πλωτών κυλίνδρων δημιουργήθηκε από την ανάγκη βελτίωσης της συμπεριφοράς του μονού πλωτού κυλίνδρου στην κατακόρυφη κίνηση και την μείωση του βυθίσματος της κατασκευής. Το πλωτό σύμπλεγμα αποτελείται βασικά από μία κεντρική κολώνα η οποία φέρει την ανεμογεννήτρια. Η κολώνα συνδέεται με τα κυλινδρικά πλωτά διαμέσου μεταλλικών στοιχείων η διατομή των οποίων καθορίζεται από την μεταξύ τους απόσταση, και η οποία απόσταση έχει ήδη καθορισθεί από τις απαιτήσεις της ευστάθειας. Ωστόσο η κάθετη κίνηση είναι ακόμη εντός της κρίσιμης περιοχής και θα πρέπει να μετατοπισθεί η συχνότητα ή σε μεγαλύτερες τιμές) ή σε μικρότερες τιμές (μεγαλύτερη περίοδος) της τάξεως των 15-16 sec. Αυτό το τελευταίο μπορεί να γίνει π.χ. τοποθετώντας κυκλικές πλάκες ή κυλίνδρους κάτω από τον πυθμένα του πλωτού, αυξάνοντας έτσι την (υδροδυναμική) μάζα τους. Τελικά σε σύγκριση με εκείνο των τριών πλωτών κυλίνδρων έχουμε για το συγκρότημα των τεσσάρων πλωτών, με ίσες διαστάσεις των πλωτών, η μεταξύ τους απόσταση μπορεί να μικρότερη. 3.2 Αυτόνομο ενεργειακό σύστημα Τα κυριότερα στοιχεία του συστήματος στην πλωτή κατασκευή είναι: Ανεμογεννήτρια Μονάδα Αφαλάτωσης Συστοιχία Μπαταριών Ηλεκτρονικοί Μετατροπείς Ισχύος Εικόνα 6. Διάταξη και Υποσυστήματα Στην εικόνα 6 παρουσιάζεται η διάταξη του συστήματος με τα υποσυστήματα του. Με βάση τις απαιτήσεις ισχύος του συνολικού συστήματος η επιλογή ανεμογεννήτριας που παράγει ισχύ 30kW είναι μια καλή επιλογή. Για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού επιλέχθηκε σαν βάση η τεχνική της αντίστροφης όσμωσης. Εικόνα 7 Διάγραμμα μονάδας αφαλάτωσης αντίστροφης όσμωσης Για την σωστή λειτουργία του όλου συστήματος καθοριστική είναι στρατηγική ελέγχου της ισχύος και η διατήρηση του ισοζυγίου ενέργειας του συστήματος. 3.3 Προσομοίωση Εκτεταμένη θεωρητική μελέτη και μοντελοποίηση του φαινόμενου πραγματοποιήθηκε με στόχο την πρόβλεψη της παραγωγής και της συμπεριφοράς του συστήματος καθώς και την διαστασιολόγηση των συνιστωσών του συστήματος. 3.4 Ανεμογεννήτρια Η ανεμογεννήτρια προτιμήθηκε να είναι μεταβλητού αριθμού στροφών και μεταβλητής συχνότητας. Τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά της είναι. Ισχύς εξόδου 30kW. Μεταβλητού αριθμού στροφών με παθητικό έλεγχο του pitch. Γεννήτρια σύγχρονη με μόνιμους μαγνήτες. Σε ταχύτητα ανέμου 10m/sec η ανεμογεννήτρια επιτυγχάνει ταχύτητα περιστροφής με 75-80rpm και η ισχύς εξόδου της κυμαίνεται στα 20kW, [7]. 3.5 Μπαταρίες. Ο τύπος των μπαταριών είναι σφραγισμένες τύπου gel και χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα εξομοίωσης: το Kinetic Battery Model του Manwell, το μοντέλο πυκνωτή αντίστασης και το μοντέλο Battery Energy Storage Test Facility(BEST) που είναι κατάλληλα γι’ αυτόν τον τύπο μπαταριών ([8],[9]). 3.6 Ηλεκτρονικοί Μετατροπείς Ισχύος Λόγω του μεταβλητού αριθμού στροφών της ανεμογεννήτριας είναι απαραίτητη χρήση μετατροπέα συχνότητας, επειδή η γεννήτρια είναι σύγχρονη και η συχνότητα της τάσης εξόδου εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής. Έτσι έχουμε εναλλασσόμενο ρεύμα μεταβλητής συχνότητας που μετατρέπεται σε συνεχές και στην συνέχεια σε εναλλασσόμενο 380V. Εικόνα 8 Ο μετατροπέας συχνότητας. 3.7 Αφαλάτωση Η μονάδα αφαλάτωσης σχεδιάστηκε με βάση τα εξής: Ελάχιστη Συντήρηση Μέγιστη Ανάκτηση ενέργειας Εξάλειψη της χημική επεξεργασίας. Ελαχιστοποίηση κόστους παραγόμενου νερού. Στην αντίστροφης όσμωσης παρέχεται θαλασσινό νερό διαμέσου ημιπερατών μεμβρανών και παράγεται καθαρό νερό στην έξοδο καθώς και αλατισμένο υψηλής συγκέντρωσης που αποβάλλεται. Για να λειτουργήσει το φαινόμενο απαραίτητη προϋπόθεση είναι η πίεση της αντλίας να υπερνικά την οσμωτική πίεση του διαλύματος. Εικόνα 9 Μεμβράνες αντίστροφης ώσμωσης με διάταξη αυξημένης ροής . Μελετήθηκαν τρόποι για τη μείωση των φαινομένων των οργανικών και ανόργανων επικαθίσεων στις μεμβράνες. Αυτό γίνεται με την χρήση καινούργιων σχεδιασμών της διάταξης των μεμβρανών και με την μελέτη της επίδρασης της ταχύτητας της ροής του ρευστού πλήρωσης της μονάδας καθώς και με τον λόγο της ροής εισόδου προς την ροή επιστροφής. Με τη χρήση συστήματος ανάκτησης ενέργειας επιτυγχάνεται σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας γιατί μέρος του απορριπτόμενου διαλύματος υψηλής πίεσης επανεισάγεται στο σύστημα. Η ανάκτηση ενέργειας επιτυγχάνεται με εναλλάκτες πίεσης. Πραγματοποιήθηκε εκτεταμένη μελέτη και εφαρμογή των υπαρχόντων μεθόδων ανάκτησης καθώς και νέων μεθόδων όπως αυτή με πολλαπλασιαστή πίεσης ([10],[11],[12]). Εικόνα 10 Τεχνολογία πολλαπλασιασμού πίεσης μονάδας αντίστροφης όσμωσης. Η όλη διάταξη μοντελοποιήθηκε στο περιβάλλον Simulink /Matlab και τα δεδομένα λήφθηκαν υπόψη στο σχεδιασμό του συστήματος, [13]. Εικόνα 11 Μοντέλο του συστήματος στο Simulink. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Εικόνα 12. Ρυμούλκηση συστήματος Η μελέτη και εφαρμογή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας βρίσκεται στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος. Η διασύνδεση μονάδων αφαλάτωσης με ανεμογεννήτρια αποτελεί άμεση ανάγκη για το λόγο ότι η ύπαρξη περιοχών με έλλειψη νερού και ηλεκτρισμού (απομονωμένα νησιά) καθιστά ιδιαίτερα ωφέλιμη μια τέτοια λύση. Δια μέσου του συστήματος που αναπτύχθηκε θα είναι δυνατή η μελέτη καθώς και η περαιτέρω έρευνα σε θέματα διαχείρισης ενέργειας. αυτόνομων συστημάτων καθώς και στην συμπεριφορά πλωτών ανεμογεννητριών. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Henderson, A.R., and Patel, M. H., “On the Modeling of a Floating Offshore Wind Turbine”, Wind Energy Journal 2003; 6:53-86 (DOI: 10.1002/we.83), Copyright 2003 John Wiley and Sons, Ltd. [2] Henderson, A.R., Leutz, R., and Fujii, T., “Potential for Floating Offshore Wind Energy in Japanese Waters,” Proceedings of The Twelfth (2002) International Offshore and Polar Engineering Conference, Kitakyushu, Japan, May 26 – 31, 2002, ISBN: 1-880653-58-3; ISSN: 1098-6189. [3] Andrew R. Henderson, “Support Structures for Floating Support Structures for Floating Offshore Windfarms Offshore Windfarms”, NREL/DOE Seminar Washington, USA – 15-16 October ‘03 [4] W. Musial, S. Butterfield, and A. Boone, “Feasibility of Floating Platform Systems for Wind Turbines”, 23rd ASME Wind Energy Symposium, Reno, Nevada January 5–8, 2004 [5] W. Musial, S. Butterfield, “Future for Offshore Wind Energy in the United States”, EnergyOcean 2004, Palm Beach, Florida, June 28-29, 2004 [6] Tetsuya Kogaki, “Prospect of Offshore Wind Energy Development in Japan”, Deep Water Wind Energy Research & Development Planning, Washington D.C., USA., Oct 26-27, 2004 [7] D. Corbus and D. Prascher, “Analysis and Comparison of Test Results from the Small Wind Research Turbine Test Project”, 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada,January 10-13, 2005 [8] Hyman, E.,”Modeling and computerized characterization of lead-acid battery dischargers,” BEST Facility Topical Report RD 83-1, NTIS Report DOE/ET/29368-T13 (1986) [9] Manwell, J.F. and McGowan, J.G.,”Lead acid battery storage model for hybrid energy systems”, Solar Energy, 50 (1991), 399-405. [10] Abdul Sattar Kahdim, Saleh Ismail, Alaa’ Abdulrazaq Jassim, “Modeling of reverse osmosis systems”, European Conference on Desalination and the Environment: Fresh Water for All, Malta, 4-8 May 2003. [11] Nader M. Al-Bastaki, Abderrahim Abbas, “Modeling an industrial reverse osmosis unit”, Conference on Desalination and the Environment, Las Palmas, Gran Canaria, November 9-12, 1999. [12] “Design a Reverse Osmosis System”, http://www.dow.com/liquidseps/index.htm [13] F. Iov, F. Blaabjerg, A.D Hansen, Z.Chen, “Comparative Study of Different Implemetations for Induction Machine Model in Matlab/Simulink for Wind Turbine Simulations”