Συμπεριφορά του εξοπλισμού ανεμογεννήτριας σε πλήγμα κεραυνού

• Κύριος συγγραφέας: Κούτρας, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Κεραυνοί; Ανεμογεννήτριες; Εξοπλισμός; 621.317; Lightning; Wind turbines; Equipment

Η αιολική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη, «καθαρή» μορφή ενέργειας, που δε μολύνει το περιβάλλον και είναι ανεξάντλητη. Οι ανεμογεννήτριες βρίσκονται συνήθως σε τοποθεσίες με μεγάλο υψόμετρο καθώς και σε επίπεδη ύπαιθρο, κάτι που δικαιολογεί τον υψηλό αριθμό κεραυνικών πληγμάτων, τα οποία προκαλούν πολλά προβλήματα στις εγκαταστάσεις. Ο κεραυνός αποτελεί ένα ατμοσφαιρικό ηλεκτρικό φαινόμενο το οποίο θα μπορούσε να ορισθεί ως μια μορφή ηλεκτρικής διάσπασης, χαρακτηριζόμενης από υψηλό ρεύμα, που συμβαίνει σε πολύ μεγάλα διάκενα. Για την καλύτερη κατανόηση του φαινομένου αυτού, αρχικά περιγράφηκε η ηλεκτρική κατάσταση της γης και η ηλεκτρική συμπεριφορά των νεφών καθώς και οι επιπτώσεις των πληγμάτων των κεραυνών. Αυτά αφορούν στην ανθρώπινη ζωή και στις κατασκευές, στις οποίες διακρίνονται σε θερμικές, μηχανικές και ηλεκτρικές επιπτώσεις. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η προσομοίωση ενός κεραυνικού πλήγματος στην επιφάνεια μιας ανεμογεννήτριας και η επίδρασή του σε πολλά άλλα κρίσιμα σημεία αυτής με τη χρήση του προγράμματος COMSOL προκειμένου να γίνει αντιληπτός ο κίνδυνος στον οποίο εκτίθενται και η σχεδίαση ενός κατάλληλου συστήματος αντικεραυνικής προστασίας των εξαρτημάτων που την αποτελούν. Στο 1ο κεφάλαιο, παρουσιάζεται ο τρόπος πρόκλησης των κεραυνικών πληγμάτων κατά τη διάρκεια των εκκενώσεων . Αναφέρονται ακόμη μεγέθη σχετιζόμενα με κεραυνούς, τα είδη των κεραυνών και γίνεται εκτενής αναφορά στο ρεύμα του κεραυνού, τους διαθέσιμους τρόπους προσδιορισμού του, την κοινά αποδεκτή διπλοεκθετική κυματομορφή που το αναπαριστά και τις παραμέτρους του κεραυνού που σχετίζονται με αυτό. Στο 2ο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η δομή και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των ανεμογεννητριών. Η ανεμογεννήτρια αποτελείται από τρία βασικά μέρη, κάθε ένα από τα οποία αποτελούνται από άλλα επιμέρους δομικά στοιχεία. Τα τρία βασικά δομικά μέρη μιας ανεμογεννήτριας είναι η νασέλλα, ο πύργος και η βάση. Παρουσιάζεται ακόμα το περιβάλλον στο οποίο λειτουργούν οι ανεμογεννήτριες, οι επιπτώσεις ενός κεραυνικού πλήγματος σε αυτές και καταδεικνύεται η σημασία αντικεραυνικής προστασίας των ανεμογεννητριών στο σύγχρονο ενεργειακό τοπίο. Τέλος, παρουσιάζονται τα ισχύοντα πρότυπα και μέθοδοι αντικεραυνικής προστασίας ανεμογεννητριών. Στο 3ο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδίασης του μοντέλου της ανεμογεννήτριας και του ορισμού των φυσικών και μαθηματικών μοντέλων στο περιβάλλον του προγράμματος για την προσομοίωση του κεραυνικού πλήγματος. Παρουσιάζονται όλα τα βήματα που ακολουθήθηκαν προκειμένου να λάβουμε ορθά αποτελέσματα. Στο 4ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Τα αποτελέσματα είναι είτε σε μορφή γραφικών παραστάσεων διαφόρων μεγεθών συναρτήσει του χρόνου, είτε σε 3D πάνω στη γεωμετρία της ανεμογεννήτριας σε προκαθορισμένες χρονικές στιγμές. Τα μεγέθη που θα απεικονιστούν με τους δύο προαναφερθέντες τρόπους είναι: Η πυκνότητα ρεύματος και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο σύνολο του μοντέλου καθώς και σε επιλεγμένα σημεία αυτού ιδιαίτερου ενδιαφέροντος για την εξαγωγή του κατάλληλου προτεινόμενου ΣΑΠ στα δύο σημεία που κινδυνεύουν περισσότερο από κεραυνικά πλήγματα, τα οποία είναι η κορυφή των πτερυγίων και το πίσω μέρος της νασέλλας. Τέλος, στο 5ο κεφάλαιο εξάγονται τα συμπεράσματα από τις προσομοιώσεις και παρουσιάζονται πίνακες ομαδοποιημένων στοιχείων για εύκολη αναφορά και σύγκριση των τιμών.