Τεχνολογίες ΑΠΕ

Περιληπτικός Οδηγός συγγραφής Μαθησιακών Αποτελεσμάτων: 

Το μάθημα των Τεχνολογιών ΑΠΕ έχει ως στόχο να εισάγει τους φοιτητές στις βασικές αρχές και τους βασικούς υπολογισμούς επιμέρους τεχνολογιών ΑΠΕ. Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα έχει κατανοήσει:

• την ορολογία των εθνικών ενεργειακών ισοζυγίων, των ζητημάτων υπερθέρμανσης του πλανήτη, της εξάντλησης των ορυκτών αποθεμάτων, του ρόλου και των σχεδιασμών προώθησης των ΑΠΕ
• τις μεταβολές της ηλιακής ενέργειας και της ηλεκτροπαραγωγής από φωτοβολταϊκά
• τις κατανομές ταχυτήτων ανέμου και τα βασικά χαρακτηριστικά λειτουργίας των ανεμογεννητριών
• τη παροχή μονοφασικών και διφασικών γεωθερμικών ρευστών και την ενεργειακή αξιοποίηση τους
• της σύστασης της και των ιδιοτήτων της βιομάζας και των τεχνολογιών ενεργειακής αξιοποίησης στερεής βιομάζας και βιοαερίου
• των βασικών οικονομοτεχνικών υπολογισμών σε φωτοβολταϊκά, και αιολικά συστήματα καθώς και σε διεργασίες συμπαραγωγής από βιομάζα

και θα έχει αποκτήσει τη δεξιότητα:

• υπολογισμού της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε πλαίσια μεταβλητής κλίσης και της ποσοτικής μετατροπής της σε ηλεκτρική ισχύ
• υπολογισμού της ισχύος γεωθερμικών εγκαταστάσεων
• σχεδιασμού και απόδοσης αντλιών θερμότητας
• υπολογισμού της ισχύος ανεμογεννητριών και των μεταβολών με την ταχύτητα του ανέμου
• σχεδιασμός κα υπολογισμός της ισχύος και της απόδοσης μονάδων συμπαραγωγής από στερεή βιομάζα και βιοαέριο
• βασικοί υπολογισμοί κόστους και οικονομικής βιωσιμότητας φωτοβολταϊκών και αιολικών σταθμών καθώς και εγκαταστάσεων συμπαραγωγής από βιομάζα

Περιεχόμενο Μαθήματος:
1. Βασικές έννοιες του ενεργειακού ισοζυγίου (εγχώρια παραγωγή, ακαθάριστη και τελική ενεργειακή κατανάλωση) ειδικό θερμικό περιεχόμενο καυσίμων και ειδικές εκπομπές διοξειδίου ανά καύσιμο, περιβαλλοντικές επιπτώσεις του υφιστάμενου μίγματος ενεργειακών πόρων – υπερθέρμανση του πλανήτη, εξάντληση αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων, η χρήση των ΑΠΕ σήμερα, δυναμικό, στόχοι και προοπτικές, η οδηγία20-20-20 και τα εθνικά σχέδια δράσης για τις ΑΠΕ.
2. Ηλιακή ακτινοβολία, μεταβολές της ηλιακής ακτινοβολίας στη διάρκεια του έτους και στη διάρκεια της ημέρας, η απόκλιση δν, ωριαία γωνία δύσης και διάρκεια της ηλιοφάνειας σε μία ημέρα, η επίδραση του γεωγραφικού πλάτους, προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε επιφάνειες σταθερής και μεταβαλλόμενης κλίσης εκτός της ατμόσφαιρας, η κλίμακα μάζας αέρα ΑΜ και ο δείκτης αιθριότητας Κ, ολικός συντελεστής προσπίπτουσας ακτινοβολίας σε ηλιακό συλλέκτη.
3. Φωτοβολταϊκά συστήματα, καμπύλες δυναμικού – έντασης και δυναμικού – ισχύος, το σημείο μέγιστης ισχύος, λειτουργικά χαρακτηριστικά Φ/Β στοιχείων, κόστος Φ/Β στοιχείων και Φ/Β σταθμών, η τιμή διάθεσης της φωτοβολταϊκής ηλεκτρικής ενέργειας, οικονομική ανάλυση Φ/Β σταθμών, εκτίμηση χρόνου αποπληρωμής και οικονομικής βιωσιμότητας.
4. Τύποι γεωθερμικών πεδίων, μεταβολή της παροχής υγρών γεωθερμικών ρευστών και της πίεσης κεφαλής της γεώτρησης, εφαρμογές ηλεκτροπαράγωγης και συμπαραγωγής.
5. Γεωθερμικές και συμβατικές αντλίες θερμότητας, σχεδιασμός γεωθερμικών και συμβατικών αντλιών θερμότητας.
6. Αιολικό δυναμικό και κατανομή ταχυτήτων ανέμου, ανάλυση τριγώνου ταχυτήτων, συντελεστής απόδοσης και ταχύτητα περιστροφής, καμπύλη ισχύος ανεμογεννητριών, εκτίμηση ετήσιας ηλεκτροπαραγωγής, κόστος ανεμογεννητριών και αιολικών πάρκων.
7. Πρόοδος του μαθήματος.
8. Δυναμικό και είδη βιομάζας, στοιχειακή και προσεγγιστική ανάλυση, φαινόμενη και ενεργειακή πυκνότητα πρώτων υλών βιομάζας και βιοκαυσίμων, ανώτερη και κατώτερη θερμογόνος δύναμη, κόστος παραγωγής και μεταφοράς βιομάζας, πανόραμα τεχνολογιών ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας.
9. Καύση βιομάζας, τύποι και τεχνολογίες καυστήρων, στοιχειομετρικό οξυγόνο και περίσσεια αέρα, περιεκτικότητα των απαερίων σε μονοξείδιο, θερμοκρασία αδιαβατικής φλόγας, απώλειες αισθητής θερμότητας των απαερίων και απώλειες λανθάνουσας θερμότητας, στοιχειομετρία καύσης, θερμότητα που παράγεται από την αντίδραση και ωφέλιμη θερμότητα, απόδοση καύσης.
10. Συμπαραγωγή ηλεκτρικής θερμικής ισχύος, πραγματικός κύκλος ατμοστροβίλου, ηλεκτρική απόδοση και απόδοση συμπαραγωγής, οικονομικά στοιχεία μονάδων συμπαραγωγής από καύση, ο Νόμος 3851/2010 και η τιμή διάθεσης της ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα, εκτίμηση χρόνου αποπληρωμής και οικονομικής βιωσιμότητας.
11. Αεριοποίηση βιομάζας, τεχνολογίες και τύποι αεριοποιητών, μέσο αεριοποίησης και ενεργειακή πυκνότητα παραγόμενου αερίου, εξώθερμη και αλλόθερμη αεριοποίηση, πλεονεκτήματα αεριοποίησης, στοιχειομετρία και θερμότητα αντίδρασης, σύσταση παραγόμενου αερίου.
12. Συμπαραγωγή σε πραγματικό κύκλο αεριοστροβίλου, συμπαραγωγή σε συνδυασμένο κύκλο αεριοστροβίλου/ατμοστροβίλου, οικονομικά στοιχεία μονάδων συμπαραγωγής από αεριοποίηση, εκτίμηση χρόνου αποπληρωμής και οικονομικής βιωσιμότητας.
13. Αναερόβια χώνευση βιομάζας, η διεργασία παραγωγής και η σύσταση του βιοαερίου, σταθερός άνθρακας και πτητικά στερεά, ο χημικός τύπος της αναερόβιας χώνευσης, υδραυλικός χρόνος παραμονής και μετατροπή πτητικών στερεών, συμπαραγωγή σε κινητήρες συμπίεσης βιοαερίου, οικονομικά στοιχεία μονάδων συμπαραγωγής από βιοαέριο, ο Νόμος 3851/2010 και η τιμή διάθεσης της ηλεκτρικής ενέργειας από βιοαέριο, εκτίμηση χρόνου αποπληρωμής και οικονομικής βιωσιμότητας.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία:

• Ηλεκτρονικά διαθέσιμες σημειώσεις.
• Εκτεταμένη λίστα προτεινόμενης βιβλιογραφίας, ανάλογα με το ειδικό ενδιαφέρον του κάθε φοιτητή.