ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Abstract

IN THE PRESENT THESIS, THE AERODYNAMIC PERFORMANCE AND THE OPTIMAL DESIGN PROBLEM OF WIND PARKS IS EXAMINED. THE WORK FOCUSES ON THE ANALYSIS OF THE WAKE EFFECTS IN WIND PARKS A PHENOMENON THAT CAUSES REDUCTION OF THE ENERGY OUTPUT ANDTHE LIFE TIME OF THE WIND TURBINES OF THE PARK. THE KERNEL OF THE WHOLE ANALYSIS IS THE NUMERICAL SIMULATION OF THE FLOW AROUND A STAND ALONE WIND TURBINE,AIMING AT THE UNDERSTANDING OF THE BASIC MECHANISMS THAT CONTRIBUTE TO THE GENERATION AND DEVELOPMENT OF ITS WAKE. FOR THIS PURPOSE A MULTI - PARAMETRIC WAKE MODEL IS DEVELOPED BASED ON THE DECOMPOSITION OF THE WAKE INTO THREE REGIONS: THE ROTOR REGION WHERE AN INVISCID VORTEX PARTICLE METHOD IS USED, THE NEAR WAKE REGION WHERE A FINITE VOLUME METHOD IS APPLIED FOR SOLVING THE TURBULENT NAVIER - STOKES EQUATIONS USING THE K - Ε TURBULENCE MODEL, AND THE FAR WAKE REGION WHICH IS TREATED BY MEANS OF ASYMPTOTIC METHODS. THE WHOLE WAKE IS THEN DERIVED USING APPROPRIATE MATCHING CONDITIONS. BASED ON THIS WAKE MODEL, A NUMERICAL TOOL CAPABLE OF PROVIDING A COMPLETE AND SUFFICIENTLY ACCURATE ANALYSIS OF THE AERODYNAMIC PERFORMANCE AND OPERATION OF A WIND PARK IS CONSTRUCTED. THE TOOL IMPLEMENTS SUITABLE EXPRESSIONS FOR THE NUMERICAL SIMULATION OF THE TURBULENCE AND THE INTERACTION OF THE WAKES. EXTENSIVE VALIDATION TESTS FOR EXISTING WIND PARKS CONFIRMED THE RELIABILITY OF THE NUMERICAL TOOL IN ACCURATELY PREDICTING THE ENERGY OUTPUT AS WELL AS THE TURBULENCE LEVELS IN THE PARK. NEXT, A METHOD FOR SOLVING (ABSTRACT TRUNCATED)

ΣΤΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΞΕΤΑΖΕΤΑΙ ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΚΑΙ Ο ΒΕΛΤΙΣΤΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ. Η ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΣΤΙΑΖΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ ΟΜΟΡΡΟΥ ΟΙ ΟΠΟΙΕΣ ΠΡΟΚΑΛΟΥΝ ΜΕΙΩΣΗ ΤΟΣΟ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΟΣΟ ΚΑΙ ΤΗΣ ΔΙΑΡΚΕΙΑΣ ΖΩΗΣ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΠΟΥ ΤΟ ΑΠΟΤΕΛΟΥΝ. ΣΗΜΕΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΙ Η ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΟΜΟΡΡΟΥ ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΟΠΟΙΟΥ ΔΙΑΤΥΠΩΝΕΤΑΙ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΣΣΕΤΑΙ ΕΝΑ ΠΟΛΥΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ. ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΣΤΟ ΧΩΡΙΣΜΟ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΡΟΜΕΑΣ - ΟΜΟΡΡΟΥΣ ΣΕ ΤΡΕΙΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ : ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΟΠΟΥ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΖΕΤΑΙ ΜΗ ΣΥΝΕΚΤΙΚΗ ΣΤΡΟΒΙΛΗ ΜΕΘΟΔΟΣ, ΣΤΟΝ ΚΟΝΤΙΝΟ ΟΜΟΡΡΟΥ ΟΠΟΥ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΖΕΤΑΙ Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΟΓΚΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙ ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΥΡΒΗΣ K - Ε, ΚΑΙ ΣΤΟΝ ΜΑΚΡΙΝΟ ΟΜΟΡΡΟΥ ΠΟΥ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΑΣΥΜΠΤΩΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ. Ο ΣΥΝΟΛΙΚΟΣ ΟΜΟΡΡΟΥΣ ΠΡΟΚΥΠΤΕΙ ΜΕ ΚΑΤΑΛΛΗΛΗ ΣΥΝΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΤΡΙΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ. ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ ΑΝΑΠΤΥΣΣΕΤΑΙ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΜΕ ΒΑΣΙΚΟ ΠΥΡΗΝΑ ΤΟ ΠΟΛΥΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΟΜΟΡΡΟΥ. ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΚΑΤΑΛΛΗΛΕΣ ΕΚΦΡΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣΤΥΡΒΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΩΝ ΟΜΟΡΡΩΝ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ. ΕΚΤΕΤΑΜΕΝΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΣΕ ΗΔΗ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΕ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΤΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ΣΤΗΝ ΠΡΟΛΕΞΗ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΤΥΡΒΗΣ. ΓΙΑ ΤΟΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ ΔΙΑΤΥΠΩΝΕΤΑΙ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΣΣΕΤΑΙ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΒΕΛΤΙΣΤΟΥ ΣΧΕΔΙΑΜΟΥ. ΕΦΑΡΜΟΖΕΤΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΛΙΣΗΣ ΠΟΥ, ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΡΟΔΟ ΑΝΕΜΟΥ ΤΗΣ ΥΠΟΨΗΦΙΑΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ (ΠΕΡΙΚΟΠΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗΣ)