Μοντέλο απόδοσης υδροστροβίλου κατάλληλου για αστικό δίκτυο ύδρευσης

• Κύριος συγγραφέας: Μπιδέρης Δάβος, Άδμητος
• Άλλοι συγγραφείς: Bideris Davos, Admitos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Υδροπαραγωγή; Υδροστρόβιλοι; Δίκτυο ύδρευσης; Hydropower; Water turbines; Water supply network; CFturbo

Η ενέργεια του νερού αποτέλεσε από την αρχαιότητα μια ιδιαίτερη πηγή ενέργειας η οποία χρησιμοποιήθηκε συστηματικά από τον άνθρωπο προς όφελός του. Πρόκειται για μια πρακτικά ανεξάντλητη και «πράσινη» μορφή ενέργειας, της οποίας η εκμετάλλευση οδηγεί στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ιδιαίτερα χαμηλό λειτουργικό κόστος. Τα σύγχρονα δίκτυα ύδρευσης προσφέρουν ένα σημαντικό ποσό τέτοιας ενέργειας, το οποίο ωστόσο παραμένει πρακτικά ανεκμετάλλευτο ως προς τη συμμετοχή του στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας καθώς χρησιμοποιείται αποκλειστικά για πόση και άρδευση. Επίσης οι τεχνικές λύσεις που εφαρμόζονται σε αυτά με σκοπό τη μεταβολή της πίεσης του νερού, πάσχουν από το βασικό μειονέκτημα ότι επιτυγχάνουν ρύθμιση μόνο προς τη μία κατεύθυνση. Στόχος της παρούσας διατριβής αποτελεί η εξέταση της πιθανής ένταξης μιας υδροστροβιλικής μονάδας ως γεννήτριας σε κεντρικό αγωγό του δικτύου ύδρευσης της Πάτρας, η διερεύνηση του ποσού το οποίο μπορεί να εξαχθεί ως ηλεκτρική ενέργεια από τη διαθέσιμη δύναμη του νερού, επιτυγχάνοντας ρύθμιση της πίεσης του και τελικά η σχεδίαση της γεωμετρίας της μέσω κατάλληλου λογισμικού. Μελλοντικά, προβλέπεται σαν προοπτική ο ίδιος υδροστρόβιλος, λαμβάνοντας ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο, να λειτουργεί παράλληλα και σαν κινητήρας (αντλία) και να ρυθμίζει την πίεση (αύξηση) του νερού επιτυγχάνοντας έτσι έλεγχο της πίεσης προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Στο εισαγωγικό κεφάλαιο, πραγματοποιείται μια σύντομη παρουσίαση της τρέχουσας κατάστασης της παγκόσμιας αγοράς ενέργειας και αναδεικνύεται η ανάγκη για μαζικότερη ένταξη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στους διάφορους τύπους (ΑΠΕ) που βρίσκουν χρήση σε σύγχρονες εφαρμογές και περιγράφονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που συνοδεύουν τη λειτουργία τους. Μετά από τη σύγκρισή τους ως προς διάφορα κριτήρια (κατασκευαστικό και λειτουργικό κόστος, αξιοπιστία στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σταθερή βάση, αποφυγή διατάραξης της ευστάθειας του δικτύου, ικανότητα να αποθηκεύουν ενέργεια κ.α.), αναδείχθηκε η περίπτωση της υδροπαραγωγής ως η πλέον υποσχόμενη για χρήση σε εφαρμογές μικρής κλίμακας όπως η προτεινόμενη. Στο 2ο κεφάλαιο, περιγράφεται το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση της λειτουργίας των υδροστροβίλων και ορίζονται τα βασικά χαρακτηριστικά μεγέθη και ποσότητες τα οποία θα μας απασχολήσουν σε όλη της έκταση της διατριβής. Τέλος, παρουσιάζονται μέσω βιβλιογραφικής αναζήτησης όλες οι κατηγορίες και τα επιμέρους είδη των σύγχρονων υδροστροβιλικών τεχνολογιών, με παράλληλη επισήμανση των ιδιαίτερων κατασκευαστικών και λειτουργικών τους γνωρισμάτων καθώς και των εφαρμογών που προτείνεται για τη χρήση της καθεμίας ξεχωριστά. Το 3ο κεφάλαιο, αφιερώνεται στον προσδιορισμό και την παρουσίαση των δεδομένων της προτεινόμενης εφαρμογής και στην καταγραφή των κριτηρίων βάσει των οποίων θα κριθεί η καταλληλότητα του κάθε είδος υδροστροβίλου. Στη συνέχεια πραγματοποιείται σύγκριση μεταξύ των διάφορων τύπων υδροστροβίλου και αξιολόγηση της συμπεριφοράς τους ως προς τα προαναφερθέντα κριτήρια, με αποτέλεσμα να καταλήξουμε στην επιλογή δύο τύπων, τον Deriaz και Straflo. Οι συγκεκριμένοι υδροστρόβιλοι επιλέχθηκαν διότι ικανοποιούσαν συγκριτικά με τους υπόλοιπους αποτελεσματικότερα τις ιδιαίτερες απαιτήσεις και περιορισμούς της συγκεκριμένης εφαρμογής. Στο 4ο κεφάλαιο, γίνεται επισκόπηση στα διάφορα είδη λογισμικών που προτείνονται για τον σχεδιασμό της τρισδιάστατης γεωμετρίας στροβίλων και περιγράφονται τα χαρακτηριστικά του καθενός. Ανάμεσα σε όλα τα διαθέσιμα λογισμικά, επιλέγεται το λογισμικό CFturbo και επισημαίνονται τα πλεονεκτήματα που συνοδεύουν τη χρήση του και παράλληλα παρουσιάζεται το βασικό σχεδιαστικό του περιβάλλον. Το 5ο κεφάλαιο αφιερώνεται εξολοκλήρου στον κατά βήματα σχεδιασμό της βασικής γεωμετρίας (πτερωτής και στάτη) των δύο τύπων υδροστροβίλων. Σε κάθε βήμα δίδεται λεπτομερής επεξήγηση στη λογική που πραγματοποιήθηκε η επιλογή και ο υπολογισμός των διάφορων παραμέτρων και τιμών που τελικά εισήχθησαν σαν δεδομένα στο λογισμικό. Στο 6ο κεφάλαιο, εξάγονται και παρουσιάζονται τα διαγράμματα απόδοσης των δύο υδροστροβίλων σε συνάρτηση με τη διαθέσιμη ογκομετρική παροχή και σε συνδυασμό με την απλότητα και επεκτασιμότητα που προσφέρει η χρήση του καθενός, καταλήγουμε στην επιλογή του Straflo ως του συνολικά καταλληλότερου. Στο τελευταίο κεφάλαιο, περιγράφονται τα συμπεράσματα και αποτελέσματα στα οποία καταλήξαμε στο πλαίσιο της διατριβής και υποδεικνύονται πιθανές βελτιώσεις και προτάσεις για μελλοντική έρευνα ενώ παράλληλα περιγράφεται η καινοτομία και η προοπτική που προσφέρεται μέσα από την προτεινόμενη εφαρμογή.