Topic outline
Γενικά στοιχεία
Περιγραφή
Το μάθημα Ανανεώσιμη Ενέργεια και Υδροηλεκτρικά Έργα είναι τεχνολογικό, και καλύπτει τον σχεδιασμό και διαχείριση των βασικότερων έργων ανανεώσιμης ενέργειας, με έμφαση στην υδροηλεκτρική.
Σύμφωνα με το ωρολόγιο πρόγραμμα μαθημάτων της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών, το μάθημα θα διεξάγεται κάθε Δευτέρα 9:45-12:30 στην Αίθουσα 15.
Κατά τη διάρκεια του εξαμήνου θα δοθούν τέσσερις ασκήσεις για επίλυση στο σπίτι, που θα παραδοθούν με τη μορφή συνοπτικής τεχνικής έκθεσης:1. Εκτίμηση χαρακτηριστικών μεγεθών σχεδιασμού υδροηλεκτρικού έργου2. Προσομοίωση και βελτιστοποίηση λειτουργίας υδροηλεκτρικού ταμιευτήρα3. Σχεδιασμός μικρού υδροηλεκτρικού έργου4. Ένταξη ανανεώσιμων πηγών στο ενεργειακό μίγμα μη διασυνδεδεμένου νησιούΣτο πλαίσιο των ασκήσεων, ενθαρρύνουμε τη διαμόρφωση ομάδων συνεργασίας έως τριών φοιτητών. Ο ασκήσεις είναι προαιρετικές, και προσμετρώνται στον βαθμό με τη μορφή μπόνους, εφόσον η επίδοση στην τελική εξέταση είναι επιτυχής.
Ύλη
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), με έμφαση στην υδροηλεκτρική ενέργεια. Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (συνιστώσες, χρονική κατανομή). Υδροενεργειακή τεχνολογία – προκαταρκτικός σχεδιασμός. Μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα: γενική διάταξη, τεχνικά μεγέθη, περιβαλλοντικά θέματα, λειτουργία ταμιευτήρων, προσομοίωση και βελτιστοποίηση. Μικρά υδροηλεκτρικά έργα: τεχνολογία, σχεδιασμός, περιβαλλοντικά θέματα. Ηλιακή και αιολική ενέργεια: εκτίμηση δυναμικού, σχεδιασμός έργων, χωροθέτηση, νομοθεσία. Υβριδικά συστήματα - αντλησιοταμίευση. Οικονομικά της ενέργειας. Νερό και ενέργεια.
Εκπαιδευτικό υλικό
Κυρίως εκπαιδευτικό υλικό:
Το εκπαιδευτικό υλικό του μαθήματος, που περιλαμβάνει σημειώσεις, αρχείο θεμάτων εξετάσεων, ασκήσεις, καθώς και παραπομπές σε ερευνητικές δημοσιεύσεις και συναφείς ιστοσελίδες, είναι διαθέσιμο παρακάτω.
Επιπλέον σύγγραμμα:
Παπαντώνης, Δ.Ε., Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα, 456 σ., Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα, 2008.
Πρόγραμμα ακαδημαϊκού έτους 2022-23
Ημερομηνία Περιγραφή Άσκηση 13/2/2023 Εισαγωγή - Βασικές έννοιες ενεργειακής τεχνολογίας 20/2/2023 Γενικές διατάξεις υδροενεργειακών έργων ΑΣΚ1 6/3/2023 Αγωγοί πτώσης και στρόβιλοι 13/3/2023 Υδροηλεκτρικοί ταμιευτήρες (1) ΑΣΚ2 20/3/2023 Υδροηλεκτρικοί ταμιευτήρες (2) 27/3/2023 Μικρά υδροηλεκτρικά έργα (1) ΑΣΚ3 3/4/2023 Μικρά υδροηλεκτρικά έργα (2) 24/4/2023 Συστήματα αιολικών & Φ/Β έργων 8/5/2023 Κλίμα, νερό, ενέργεια και αβεβαιότητα 15/5/2023 Υβριδικά συστήματα - Ενεργειακό μίγμα ΑΣΚ4 22/5/2023 Επαναληπτικό μάθημα Διδάσκοντες
Ανδρέας Ευστρατιάδης, Επίκουρος Καθηγητής (andreas@itia.ntua.gr)
Δημήτρης Κουτσογιάννης, Καθηγητής (dk@itia.ntua.gr)
Ιωάννης Τσουκαλάς, Μεταδιδάκτορας (itsoukal@mail.ntua.gr)
Γεωργία-Κωνσταντίνα Σακκή, Υποψ. Δρ. (sakkigk@mail.ntua.gr)
Εκπαιδευτικό υλικό
- Βασικές έννοιες ενεργειακής τεχνολογίας File 1.3MB Έγγραφο PDF
- Γενικές διατάξεις υδροενεργειακών έργων File 3.6MB Έγγραφο PDF
- Αγωγοί πτώσης και υδροστρόβιλοι (Penstokes and turbines) File 3.1MB Έγγραφο PDF
- Μικρά υδροηλεκτρικά έργα (Small hydropower plants) File 5.8MB Έγγραφο PDF
- Ηλιακή ενέργεια (Solar energy) File 2.1MB Έγγραφο PDF
- Αιολική ενέργεια (Wind energy) File 1.8MB Έγγραφο PDF
- Αποθήκευση ενέργειας (Energy storage) File 962.3KB Έγγραφο PDF
Ασκήσεις
- Το θεωρητικό υπόβαθρο που αφορά στην προσομοίωση και βελτιστοποίηση των υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων περιγράφεται αναλυτικά στην ακόλουθη δημοσίευση, την οποία σας ενθαρρύνουμε να συμβουλευτείτε κατά την προετοιμασία της άσκησης:
- Το θεωρητικό υπόβαθρο που αφορά στην προσομοίωση των μικρών υδροηλεκτρικών έργων περιγράφεται αναλυτικά στην ακόλουθη δημοσίευση, την οποία σας ενθαρρύνουμε να συμβουλευτείτε κατά την προετοιμασία της άσκησης:
Ερευνητικές δημοσιεύσεις
Οι παρακάτω δημοσιεύσεις έχουν άμεση συνάφεια με το αντικείμενο του μαθήματος, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συμπληρωματικό εκπαιδευτικό υλικό:
Sakki, G.-K., I. Tsoukalas, P. Kossieris, C. Makropoulos, and A. Efstratiadis, Stochastic simulation-optimisation framework for the design and assessment of renewable energy systems under uncertainty, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 168, 112886, doi:10.1016/j.rser.2022.112886, 2022.
Sakki, G.-K., I. Tsoukalas, and A. Efstratiadis, A reverse engineering approach across small hydropower plants: a hidden treasure of hydrological data?, Hydrological Sciences Journal, 67(1), 94–106, doi:10.1080/02626667.2021.2000992, 2022.Mamassis, N., A. Efstratiadis, P. Dimitriadis, T. Iliopoulou, R. Ioannidis, and D. Koutsoyiannis, Water and Energy, Handbook of Water Resources Management: Discourses, Concepts and Examples, edited by J.J. Bogardi, T. Tingsanchali, K.D.W. Nandalal, J. Gupta, L. Salamé, R.R.P. van Nooijen, A.G. Kolechkina, N. Kumar, and A. Bhaduri, Chapter 20, 617–655, doi:10.1007/978-3-030-60147-8_20, Springer Nature, Switzerland, 2021.
Efstratiadis, A., I. Tsoukalas, and D. Koutsoyiannis, Generalized storage-reliability-yield framework for hydroelectric reservoirs, Hydrological Sciences Journal, 66(4), 580-599, doi:10.1080/02626667.2021.1886299, 2021.
Koutsoyiannis, D., C. Makropoulos, A. Langousis, S. Baki, A. Efstratiadis, A. Christofides, G. Karavokiros, and N. Mamassis, Climate, hydrology, energy, water: recognizing uncertainty and seeking sustainability, Hydrology and Earth System Sciences, 13, 247–257, doi:10.5194/hess-13-247-2009, 2009.
Περισσότερες εργασίες στο ευρύτερο αντικείμενο της ενέργειας μπορείτε να βρείτε εδώ. Ορισμένες από αυτές είναι προσβάσιμες μόνο μέσω του δικτύου του ΕΜΠ.Διπλωματικές εργασίες
Πανταζή, Μ.-Ε. , Ολοκληρωμένο πλαίσιο εκτίμησης του πλημμυρικού κινδύνου υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων με σύζευξη μοντέλων πολλαπλών χρονικών κλιμάκων: από την υδρολογική προσομοίωση στην διαχείριση των θυροφραγμάτων, Διπλωματική εργασία, 108 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Ιούλιος 2023.
Σουλτάτου, Α., Διερεύνηση του προβλήματος επιλογής της ισχύος των στροβίλων μικρών υδροηλεκτρικών έργων, Διπλωματική εργασία, 124 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Ιούλιος 2023.
Zisos, Α., Design optimization of hybrid renewable energy systems under uncertainty - The case of Sifnos island, Diploma thesis, 62 pages, Department of Water Resources and Environmental Engineering – National Technical University of Athens, March 2023.
Ρωξάνη, Α., Προοπτικές ανάπτυξης αγροβολταϊκών συστημάτων και ανάλυση των αλληλεπιδράσεών τους με το πλέγμα νερού-τροφής-ενέργειας, Διπλωματική εργασία, 81 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2022.
Σοφιός, Χ., Βελτιστοποίηση σχεδιασμού υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων υπό το πρίσμα της ανθεκτικότητας, Διπλωματική εργασία, 86 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2022.
Λούντζης, Σ., Μοντελοποίηση χωροθέτησης αιολικού πάρκου σε περιβάλλον ΣΓΠ - Εφαρμογή στο νησί της Ζακύνθου, Διπλωματική εργασία, 112 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Ιούλιος 2022.
Βατσικουρίδης, Ι., Διερεύνηση του προβλήματος πρόγνωσης παραγωγής ενέργειας σε διάφορες χρονικές κλίμακες από υδροηλεκτρικούς ταμιευτήρες, Διπλωματική εργασία, 139 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2022.
Καραϊσά, Χ., Ο ρόλος της γεωμετρίας των ταμιευτήρων: Θεωρητική ανάλυση και εξαγωγή γενικευμένων σχέσεων στάθμης – επιφάνειας – αποθέματος, Διπλωματική εργασία, 131 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2022.Drakaki, K.-K., Optimizing the management of small hydroelectric plants: from the synergetic operation of the turbine system to day-ahead energy forecasting, Diploma thesis, 88 p., Department of Water Resources and Environmental Engineering – National Technical University of Athens, November 2021.
Ζαβραδινού, Μ.-Κ., Το σύγχρονο πλαίσιο αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας ως πρόβλημα προσομοίωσης: Βασικές αρχές και πιλοτική εφαρμογή στον ημερήσιο ενεργειακό προγραμματισμό συστήματος συμβατικών και ανανεώσιμων πηγών, Διπλωματική εργασία, 120 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2021.Σιαμπαρίνα, Π., Το πλέγμα νερού-τροφίμων-ενέργειας και η ανταγωνιστική σχέση των φωτοβολταϊκών συστημάτων με την αγροτική παραγωγή: Η περίπτωση της Θεσσαλίας, Διπλωματική εργασία, 118 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2021.
Μαντά, Ε., Αισθητική των ανεμογεννητριών, Διπλωματική εργασία, 117 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2021.Κυρίου, Μ., Ο ρόλος των βιοκαυσίμων στο πλέγμα νερού – τροφής – ενέργειας, Διπλωματική εργασία, 121 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2021.
Klousakou, E., Stochastic investigation of short-term predictability of basic renewable energy resources with application on the non-connected island of Astypalea, Diploma thesis, 91 p., Department of Water Resources and Environmental Engineering – National Technical University of Athens, Athens, 2020.
Παπαλάμπρου, Β., Υδρολογικά μοντέλα στείρευσης ροής ως εργαλεία πρόγνωσης της ενεργειακής παραγωγής σε μικρά υδροηλεκτρικά έργα, Διπλωματική εργασία, 113 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2020.
Πέττας, Α.-Γ., Ανάπτυξη μεθοδολογίας αξιολόγησης προγνωστικών μοντέλων στην αιολική ενέργεια, Διπλωματική εργασία, 140 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2020.
Μπαϊρακτάρης, Ι., Το ζήτημα της κλίμακας στην υδροηλεκτρική ενέργεια: πολλά μικρά έργα ή ένα μεγάλο;, Διπλωματική εργασία, 124 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2020.
Ντεμίρογλου, Χ., Βελτιστοποίηση διαχείρισης θυροφραγμάτων υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων – Εφαρμογή στο φράγμα Αράχθου, Διπλωματική εργασία, 164 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2020.
Σπανού, Μ., Ο αναρρυθμιστικός ρόλος της αφαλάτωσης στο ισοζύγιο νερού-ενέργειας: Εφαρμογή στο υβριδικό σύστημα της Μήλου, Μεταπτυχιακή εργασία, 210 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Οκτώβριος 2020.
Sakki, G.-K., Disentangling flow-energy transformations for small hydropower plants: from reverse engineering to uncertainty assessment and calibration, Diploma thesis, 98 p., Department of Water Resources and Environmental Engineering – National Technical University of Athens, Athens, July 2020.
Μανούρη, Σ., Προσαρμογή μεθοδολογικού πλαισίου παραμετροποίηση - προσομοίωση - βελτιστοποίηση σε συστήματα υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων: Υπολογιστικές προκλήσεις, νέοι κανόνες λειτουργίας και υλοποίηση στο λογισμικό Υδρονομέας 2020, Μεταπτυχιακή εργασία, 132 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Ιούλιος 2020.
Mavritsakis, P., A stochastic simulation framework for representing water, energy and financial fluxes across a non-connected island, Diploma thesis, 150 pages, Department of Water Resources and Environmental Engineering – National Technical University of Athens, Ιούλιος 2019.
Γκολέμης, Α., Στοχαστική διερεύνηση και προσομοίωση της ταχύτητας του ανέμου - Εφαρμογή στην διαχείριση αιολικής εγκατάστασης, Διπλωματική εργασία, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Φεβρουάριος 2019.
Ανυφαντή, Ι., Τα νευρωνικά δίκτυα ως υποκατάστατα μοντέλα για την προσομοίωση υβριδικού συστήματος νερού και ενέργειας, Μεταπτυχιακή εργασία, 140 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, 2018.
Δανιήλ, Β., Διερεύνηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο μη διασυνδεδεμένο νησί της Αστυπάλαιας, Διπλωματική εργασία, 112 σ., Μάρτιος 2018.
Κουντούρης, Γ., Στοχαστική διερεύνηση της χρονικής μεταβολής της ηλιακής ακτινοβολίας, Διπλωματική εργασία, 104 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Νοέμβριος 2017.
Καραναστάση, Μ., Διερεύνηση δυνατοτήτων βέλτιστης αξιοποίησης υδρο-ενεργειακών πόρων περιοχής Αχελώου-Θεσσαλίας, Μεταπτυχιακή εργασία, 240 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Φεβρουάριος 2017.
Δασκάλου, Ο., Μεθοδολογία βέλτιστης χωροθέτησης και διαστασιολόγησης φωτοβολταϊκών & αιολικών πάρκων με χρήση συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών: Εφαρμογή στην Περιφέρεια Θεσσαλίας, Διπλωματική εργασία, 161 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Ιούλιος 2016.
Τύραλης, Χ., Χωροχρονική διερεύνηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, Μεταπτυχιακή εργασία, 95 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Ιούλιος 2016.
Νικολόπουλος, Δ., Ανάπτυξη μοντέλου συνδυασμένης διαχείρισης λεκανών απορροής Αχελώου και Πηνειού, Διπλωματική εργασία, 214 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2015.
Δήμας, Π., Πλαίσιο στοχαστικής προσομοίωσης για το βέλτιστο σχεδιασμό υβριδικού συστήματος υδροηλεκτρικής - αιολικής ενέργειας. Διερεύνηση με βάση το υδροσύστημα Αλιάκμονα, Διπλωματική εργασία, 237 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Δεκέμβριος 2013.
Γαλανού, Κ., Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Χρονική εξέλιξη - σύγκριση, Μεταπτυχιακή εργασία, 225 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Νοέμβριος 2012.
Ιωάννου, Χ., Στοχαστική προσομοίωση και βελτιστοποίηση υβριδικού συστήματος ανανεώσιμης ενέργειας, Διπλωματική εργασία, 122 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Οκτώβριος 2012.
Τσεκούρας, Γ., Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση υδρομετεωρολογικών διεργασιών σχετικών με την αιολική και ηλιακή ενέργεια, Διπλωματική εργασία, 246 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Οκτώβριος 2012.
Μπουζιώτας, Δ., Ανάπτυξη πλαισίου βελτιστοποίησης της υδροηλεκτρικής παραγωγής στο λογισμικό Υδρονομέας - Διερεύνηση στο υδροσύστημα Αχελώου-Θεσσαλίας, Διπλωματική εργασία, 162 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Οκτώβριος 2012.
Αποστολίδου, Η., Η επίδραση του αναγλύφου στην εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία, Μεταπτυχιακή εργασία, 131 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Ιούλιος 2007.
Δουρίδας, Χ., Ανάπτυξη συστήματος πληροφοριών για τα μικρά υδροηλεκτρικά έργα στην Ελληνική επικράτεια, Μεταπτυχιακή εργασία, 85 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Οκτώβριος 2006.
Οικονόμου, Α., Αξιολόγηση της μεθόδου Παραμετροποίησης - Προσομοίωσης - Βελτιστοποίησης στη διαχείριση συστημάτων ταμιευτήρων, Μεταπτυχιακή εργασία, Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 2000.
Ευστρατιάδης, Α., και Ν. Ζερβός, Βέλτιστη διαχείριση συστημάτων ταμιευτήρων - Εφαρμογή στο σύστημα Αχελώου-Θεσσαλίας, Διπλωματική εργασία, 181 σ., Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Μάρτιος 1999.
Βαθμολογίες
- Κανονική εξέταση Ιουνίου 2022 File 93.8KB Έγγραφο PDF