ΠΜ802 – Υδροδυναμικά Έργα & Συστήματα Ήπιων Μορφών Ενέργειας

Σκοπός του μαθήματος: Το μάθημα έχει ως στόχο να δώσει στους φοιτητές τις βασικές και εξειδικευμένες γνώσεις της των Υδροδυναμικών Έργων και των Συστημάτων Ήπιων Μορφών Ενέργειας και των αναγκαίων εργαλείων για τον σχεδιασμό, την μελέτη και  υπολογισμό φραγμάτων, μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών και συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Περιγραφή του μαθήματος:

Σύγχρονες ανάγκες ορθολογικής διαχείρισης των φυσικών πόρων και απαιτήσεις παραγωγής ενέργειας. Σύγχρονες τάσεις στις βιομηχανίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ενεργειακές Αρχές ποτάμιας υδρομηχανικής. Μεθοδολογίες μέτρησης και εκτίμησης του θεωρητικού, του τεχνικά εκμεταλλεύσιμου και του οικονομικά εκμεταλλεύσιμου επιφανειακού υδροδυναμικού. Επιλογή των θέσεων εγκατάστασης ενός υδροδυναμικού έργου (φράγματος, ταμιευτήρα και υδροηλεκτρικού σταθμού). Αρχές σχεδιασμού έργων φραγής υδατορεμάτων, φράγματα και ταμιευτήρες. Ταξινόμηση φραγμάτων και ταμιευτήρων. Φράγματα βαρύτητας, Χωμάτινα φράγματα και φράγματα από σκυρόδεμα, κατακλινόμενες φραγματικές διατάξεις, Εύκαμπτα φράγματα Sumitomo. Παράμετροι σχεδιασμού, διαστασιολόγησης και κατασκευής φραγμάτων και ταμιευτήρων. Υδατικά ισοζύγια εισροών – εκροών. Συσχετισμοί αθροιστικών καμπύλων, ζήτησης και εισροών. Ρύθμιση φυσικών απορροών τεχνητών ταμιευτήρων. Προστασία από πλημμυρικές απορροές. Εκτίμηση κινδύνου θραύσης φράγματος. Συνιστώσες ενός υδροηλεκτρικού έργου. Τύποι και παραδείγματα σχεδιασμού υδροηλεκτρικών σταθμών (συμβατικοί και μή συμβατικοί υδροηλεκτρικοί σταθμοί). Μελέτες πεδίου (υδρολογία, τοπογραφία κλπ). Kαμπύλη Διάρκειας Παροχής (FDC). Επιλογή ονομαστικών χαρακτηριστικών. Διαστασιολόγηση υδροδυναμικών συνιστωσών. Έργα υδροληψίας, εκτροπής και προσαγωγής, δεξαμενές φόρτισης, αγωγοί προσαγωγής & καταθλιπτικοί αγωγοί. Διατάξεις πύργων εξισορρόπησης. Εκχειλιστές, θυροφράγματα και έργα φυγής. Υδροστροβιλοστάσια. Επιλογή τύπου υδροστροβίλων (υδροστρόβιλοι δράσης, αντίδρασης, Pelton, Francis, Kaplan, Βulb, Turgo κλπ). Νόμοι ομοιότητας, ειδική ταχύτητα. διαστασιολόγηση υδροστροβίλων. Υδροδυναμικά προβλήματα σε μη ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας (προσέγγιση κινδύνου σπηλαίωσης, μελέτη μη μονίμου φαινομένου πλήγματος κριού και δυναμικών ασταθειών). Φιλοσοφία μικρών υδροηλεκτρικών έργων. διαστασιολόγηση μικρών υδροηλεκτρικών έργων. Οικονομικοτεχνικές μελέτες. Συστοιχίες υδροηλεκτρικών έργων στο ίδιο φυσικό ή τεχνητό υδατικό σύστημα (π.χ. υδατόρεμα, δίκτυο ύδρευσης, δίκτυο άρδευσης, δίκτυο επεξεργασίας λυμάτων). Αρχές σύγχρονης ενεργειακή οικονομίας και υδραυλικής ηλεκτροπαραγωγής. Υφιστάμενο νομικό και θεσμικό πλαίσιο. Τεχνολογίες έργων αξιοποίησης της αιολικής και ηλιακής ενέργειας, της γεωθερμίας, της κυματικής και παλιρροϊκής ενέργειας, της βιομάζας και των ενεργειακών καλλιεργειών. Προσέγγιση διαστασιολόγησης έργων φωτοβολταϊκού και βιοκλιματικού χαρακτήρα, αιολικών πάρκων, μικρών υδροηλεκτρικών συστημάτων, συστημάτων τηλεθέρμανσης με βιομάζα και γεωθερμία, διατάξεων εκμετάλλευσης των κυμάτων και των θαλασσίων ρευμάτων, ανάπτυξης υβριδικών συστημάτων.

Μεθοδολογία διδασκαλίας: Διδασκαλία από καθ’έδρας, ειδικές διαλέξεις για φράγματα, υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Ατομικές αλλά και ομαδικές ασκήσεις διαστασιολόγησης και υπολογισμού φραγμάτων, υδροδυναμικών και υδροηλεκτρικών έργων και συστημάτων ήπιων μορφών ενέργειας,  τόσο στα πλαίσια της Θεωρίας όσο και του Εργαστηρίου. Υλοποίηση εργαστηριακών ασκήσεων, συγγραφή τεχνικών εκθέσεων & επίλυση θεμάτων από την Ελληνική πραγματικότητα.

Περιγραφή εργαστηρίου: Εργαστηριακός Προσδιορισμός Δράσης φλέβας/ριπής νερού και επίπεδης & καμπύλης επιφάνειας. Εργαστηριακός προσδιορισμός υδροστροβίλου Pelton, Εργαστηριακός & θεωρητικός προσδιορισμός υδροηλεκτρικού σταθμού μεγάλου ύψους και μικρής παροχής. Εργαστηριακός & θεωρητικός προσδιορισμός δυνάμεων σε καταθλιπτικούς αγωγούς υδροδυναμικών έργων. Εργαστηριακός & θεωρητικός προσδιορισμός επιδόσεων φυγοκεντρικών αντλιών σε σειρά και παράλληλα. Εργαστηριακός & θεωρητικός προσδιορισμός Ε.Κ.Ε. και Έργων Δημιουργικής Καταστροφής. Εργαστηριακός & θεωρητικός προσδιορισμός επιδόσεων έργου αξιοποίησης «υδροστροβιλισμού», Υβριδικά Έργα Μικρών Υδροηλεκτρικών Σταθμών και άλλων συστημάτων Ήπιων Μορφών Ενέργειας (π.χ. P.V. & Ανεμογεννητρικών). Εργαστηριακή προσέγγιση θεμάτων αντλησιοταμίευσης, Εργαστηριακές μετρήσεις επιδόσεων Καινοτόμων Αρχιμήδειων  Ενεργειακών Υδροδυναμικών Συστημάτων. Εργαστηριακή αξιοποίηση υπολογιστικών εργαλείων Ρευστο-Υδροδυναμικών Τεχνικών Προσομοίωσης (CFD). Προσδιορισμός συνιστωσών σχεδιασμού και λειτουργίας συστημάτων ήπιων μορφών ενέργειας.