ΤΑ ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Του Λευτέρη Ι. Πισκιτζή, αρχιτέκτονα, υπ. διδάκτωρ ΕΜΠ, μέλος της διεθνής ένωσης ερευνητών ενεργειακού σχεδιασμού-EDRA & μέλος του κέντρου εναλλακτικής τεχνολογίας στην αρχιτεκτονική-CAT, episkitzis@yahoo.gr

Η αιολική ενέργεια χρησιμοποιεί την ενέργεια του ανέμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα αιολικής ενέργειας μετατρέπει την κινητική ενέργεια του ανέμου σε μηχανική ή ηλεκτρική με χρήσεις σε μια πληθώρα εφαρμογών, όπως φόρτιση μπαταριών, άντληση νερού σε
απομακρυσμένες περιοχές ή ως υβριδικό σύστημα παροχής ηλεκτρισμού σε απομακρυσμένα νησιά ή χωριά χωρίς παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.

Τα συστήματα αιολικής ενέργειας γενικά μπορούν να διαχωριστούν σε δύο τύπους ανάλογα με τον τρόπο περιστροφής του άξονα της τουρμπίνας. Στον πρώτο τύπο ο άξονας περιστροφής είναι κάθετος σε σχέση με την επιφάνεια του εδάφους, ενώ στον δεύτερο τύπο ο άξονας περιστροφής είναι οριζόντιος. Τα πιο δεδομένα συστήματα είναι εκείνα στα οποία ο άξονας περιστρέφεται οριζόντια και καταλαμβάνουν ποσοστό 95% των διαθέσιμων συστημάτων αιολικής ενέργειας.

Στην παραπάνω εικόνα περιγράφονται οι δύο τύποι συστημάτων και τυπικά υπό-συστήματα τους που απαιτούνται για την παραγωγή
ηλεκτρικής ενέργειας. Τα υπό-συστήματα περιλαμβάνουν τις λεπίδες, τον μηχανισμό περιστροφής, την μονάδα μετατροπής κινητικής
ενέργειας σε ηλεκτρική, τον πυλώνα στήριξης, καθώς και την έδραση του.

Την πιο οικονομική εφαρμογή αιολικής ενέργειας αποτελούν τα αιολικά πάρκα διότι το κόστος κατασκευής και συντήρησης μειώνεται
σημαντικά με τα μεγαλύτερα ποσά παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι εδώ και 3 χρόνια μελέτες που
έχουν συνταχθεί για την εφαρμογή αιολικών πάρκων στον ελλαδικό χώρο βρίσκονται υπό το καθεστώς της γραφειοκρατίας, λόγω μη
νομοθετικών ρυθμίσεων, πολιτικό παρασκήνιο και έλλειψη τεχνογνωσίας των υπεύθυνων επιτροπών αξιολόγησης και φυσικά η απουσία
κρατικών επιδοτήσεων. Ας ελπίσουμε ότι γρήγορα θα ξεπεραστούν τα όλα προβλήματα για την εξασφάλιση της πιο καθαρής ενέργειας στον πλανήτη.

Πρωτοπόρος στην αιολική ενέργεια θεωρείται ο Poul la Cour (1846-1908), μετεωρολόγος όπου στην συνέχεια σχεδίασε τα πρώτα συστήματα αιολικής ενέργειας.

Κατά την διάρκεια του 2ου Παγκοσμίου πολέμου η δανέζικη τεχνική εταιρεία F.L.Smidth κατασκεύασε συστήματα αιολικής ενέργειας με 2 ή 3 λεπίδες.

Ο μηχανικός Johannes Joul ήταν ένας από τους πρώτους μαθητές του Poul la Cour σε σειρά μαθημάτων το 1904 με τίτλο «Ηλεκτρονικοί του Ανέμου».

Παρά το γεγονός ότι πολλά συστήματα τοποθετούνται σε υψώματα ή απαίτηση για μεγάλη έκταση ιδιαίτερα σε χώρες με μικρή γεωγραφική έκταση, μεταφέρει την εγκατάσταση τους σε παράλιες ακτές ή ανοιχτά της θάλασσας.

Τα αιολικά πάρκα στην θάλασσα αποτελούν την μοναδική διέξοδο σε χώρες με υψηλό πληθυσμιακό καθεστώς και έλλειψη χώρου.

Το μεγαλύτερο κόστος κατασκευής στην θάλασσα εξισώνεται με την μεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας.

Ο Johannes Joul το 1956-57 σχεδίασε το πρωτοποριακό σύστημα Gedser με τριγωνική διάταξη στήριξης λεπίδων για την εταιρεία ηλεκτρισμού SEAS στις ακτές του Gedser στο νότιο τμήμα της Δανίας.

Το πρώτο αιολικό πάρκο κατασκευάστηκε το 1991 στο Vindeby της Δανίας και περιλάμβανε 11 τουρμπίνες. Το πάρκο αυτό αποτελεί φάρο ανάδειξης της αιολικής ενέργειας και σύντομα άρχισε να αντιγράφεται από άλλες χώρες.

Τα αιολικά πάρκα στην Ολλανδία απαιτούν την έγκριση των αρμόδιων υπηρεσιών του Υπουργείου Ανάπτυξης τόσο για την κατασκευή
αλλά και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Το αιολικό πάρκο Lely είναι το πρώτο το οποίο κατασκευάστηκε και τα κριτήρια αξιολόγησης
για την λειτουργία του ήταν μηδαμινά λόγω μη νομοθετικών ρυθμίσεων και έλλειψη τεχνογνωσίας. Σαφέστατα αποτέλεσε την αρχή για την
δημιουργία νομοθετικού πλαισίου, έτσι σήμερα η διαδικασία περιλαμβάνει 2 στάδια. Το πρώτο στάδιο αποτελεί την αξιολόγηση και έγκριση
της περιοχής εφαρμογής και το δεύτερο την κατασκευή και λειτουργία του, καθώς και τις επιπτώσεις του στο περιβάλλον.

Το αιολικό πάρκο στην βόρεια θάλασσα 2 χλμ. έξω από το λιμάνι του Zeebrugge και κατασκευάστηκε το 1986 και σήμερα αποτελείται από 23 τουρμπίνες.

Το αιολικό πάρκο Lely κατασκευάστηκε στη λίμνη Ijsselmeer της Ολλανδίας.

Τα αιολικά πάρκα διακρίνονται σε 4 μεγάλους τύπους ανάλογα με τον τρόπο έδρασης σύμφωνα με σχετική έρευνα σε υπάρχουσα βιβλιογραφία.

Ο πρώτος τύπος περιλαμβάνει τα αιολικά πάρκα τα οποία χρησιμοποιούν οπλισμένο σκυρόδεμα για την θεμελίωση τους στο πυθμένα της θάλασσας. Τα πρώτα αιολικά πάρκα ανοιχτά της θάλασσας κατασκευάστηκαν στην Δανία στις περιοχές Vindeby και Tunoe Knob. H θεμελίωση κατασκευάστηκε στην στεριά και στην συνέχεια με πλωτά μέσα μεταφέρθηκε στα σημεία έδρασης και βυθίστηκε αφού πρώτα διοχετεύτηκε άμμος και χαλίκι για την στήριξη του. Στην συνέχεια πάνω στην έδραση στηρίζεται ο πυλώνας, ο μηχανισμός περιστροφής, οι λεπίδες και στην συνέχεια το απαιτούμενο ηλεκτρολογικό υλικό. Η παραπάνω κατασκευαστική αρχή είναι αυτή που χρησιμοποιείται στην κατασκευή γεφυρών π.χ. παρόμοια κατασκευή χρησιμοποιήθηκε για την θεμελίωση της γέφυρας του Ρίο Αντίρριο. Η θεμελίωση συνήθως έχει κωνικό σχήμα και αυτό για την αποφυγή παγετού ιδιαίτερα σε χώρες με έντονες χιονοπτώσεις κατά την διάρκεια του χειμώνα. Το κόστος κατασκευής είναι ανάλογο με το βάθος του πυθμένα, όσο αυξάνεται το βάθος εφαρμογής αυξάνεται και το κόστος. Το επιτρεπτό βάθος για κατασκευή έχει οριστεί τα 10 μέτρα, μετά το βάθος αυτό το κόστος αυξάνεται ραγδαία ή χρησιμοποιούνται διαφορετικές κατασκευαστικές τεχνικές για την μειωσή του.

Ο δεύτερος τύπος κατασκευής υιοθετεί την ίδια διαδικασία κατασκευής με την διαφορά ότι η θεμελίωση από οπλισμένο σκυρόδεμα αντικαθιστάται από έναν μεταλλικό σωλήνα όπου βιδώνεται και συγκολλείται πάνω σε πλάκα έδρασης ή οποία αγκυρώνεται στο πυθμένα αφού πρώτα το έδαφος έχει υποστεί κατάλληλη γεωτεχνική προετοιμασία.

Ο τρίτος τύπος κατασκευής είναι παρόμοιος με τον δεύτερο με την διαφορά ότι η διάταξη θεμελίωσης επιτυγχάνεται με την χρήση τριπόδου. Το τρίποδο αυτό αποτελείται από μεταλλικά μέρη και αποτελεί την πιο σταθερή κατασκευαστική διάταξη ιδιαίτερα για μεγάλο φορτίο και ύψος που ασκείται στην βάση από τον πυλώνα, καθώς και για την αποφυγή υψηλών κυμάτων.

Ο τέταρτος τύπος κατασκευής δεν έχει υλοποιηθεί ακόμη, αποτελεί τμήμα ερευνητικού προγράμματος στο Πανεπιστήμιο UCL στο Λονδίνο,
όμως εξομοιώση έχει επιτευχθεί σε εργαστηριακό περιβάλλον. Πρόκειται για πλωτό σύστημα αιολικής ενέργειας το οποίο μπορεί να τοποθετηθεί
οπουδήποτε χωρίς περιορισμούς σε βάθος πυθμένα. Η διαφορά στην όλη κατασκευαστική διάταξη είναι το πλωτό σύστημα στο οποίο ενσωματώνεται ο πυλώνας και η τουρμπίνα. Το πλωτό σύστημα είναι μερικώς βυθισμένο για την αποφυγή έντονων διακυμάνσεων στην θαλάσσια επιφάνεια και έτσι επιτυγχάνεται μεγαλύτερη πλευσιμότητα της όλης κατασκευής. Το πλωτό μέρος στις δοκιμές που έγιναν είχε διάμετρο από 80 μ. έως 120 μ. και με κυμαινόμενο φορτίο της τάξεως του 12,000 και 40,000 τόνους. Έρευνα στον τομέα των πλωτών κατασκευών θα συμβάλει
στον σχεδιασμό και ανάπτυξη πλωτών αιολικών πάρκων.

Αναμφισβήτητα η αιολική ενέργεια τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται με ραγδαίους ρυθμούς. Είναι σημαντικό ότι σε χώρες όπως η Ολλανδία, Δανία και Μεγάλη Βρετανία οι καταναλωτές μπορούν να επιλέξουν παροχή ηλεκτρικού ρεύματος από αιολικά πάρκα για μείωση τιμολογίου ηλεκτρικού ρεύματος ή μείωση φόρου. Σε πολλές περιπτώσεις πόλεις ηλεκτροδοτούνται αποκλειστικά από αιολικά πάρκα..

Η αιολική ενέργεια μπορεί να συμβάλει αισθητά στην αποφυγή χρήσης μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όμως το σημαντικό είναι ότι η ενέργεια αυτή μπορεί να παραχθεί σε οποιαδήποτε τοποθεσία, όπως απομακρυσμένα χωριά και νησιά χωρίς παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Η έρευνα που συντελείται τελευταία στον τομέα αυτό είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη έξυπνων αιολικών πάρκων που κάνουν χρήση των κλιματικών αλλαγών αλλά και ενεργούν με γνώμονα τις ενεργειακές απαιτήσεις του δικτύου. Επίσης έρευνα γίνεται ιδιαίτερα στον σχεδιασμό λεπίδων για αύξηση της απόδοσης της τουρμπίνας καθώς και στους τρόπους κατασκευής θεμελίωσης και έδρασης στον πυθμένα για την μείωση του κόστους.