Πάτρα:12 ενεργειακές καινοτομίες του Πανεπιστημίου Πατρών στο 2ο Forum Ενέργειας

Ένα πλούσιο ερευνητικό έργο καθώς και πλήθος εφαρμογών, έχει να επιδείξει το Πανεπιστήμιο Πατρών, στον τομέα της Ενέργειας, με εργασίες που εξαπλώνονται σε ένα ευρύ πεδίο δράσης.

Στο 2o Forum Ενέργειας θα παρουσιάζονται 12 ερευνητικές εργασίες, μέθοδοι και εφαρμογές οι οποίες έχουν αναπτυχθεί από εργαστήρια και ερευνητές του Πανεπιστημίου Πατρών και θα βρίσκονται αναρτημένες σε μορφή poster στον εκθεσιακό χώρο, το διήμερο 8-9 Φεβρουαρίου στο ξενοδοχείο «Αστήρ».

Εργαστήριο Μηχανολογίας

Το προσωπικό και  οι συνεργάτες του Εργαστηρίου Μηχανολογίας του Τμήματος Μηχανολόγων και  Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου  Πατρών με επικεφαλής τον καθηγητή Ι. Καούρη, δραστηριοποιούνται σε αντικείμενα  εκμετάλλευσης ηλιακής ενέργειας, ενεργειακού σχεδιασμού και κλιματισμού κτιρίων, εξοικονόμησης ενέργειας, αξιοποίησης απόβλητης θερμότητας και θερμικών δικτύων – κυκλωμάτων.

Τα μέλη ΔΕΠ του  εργαστηρίου διδάσκουν τα μαθήματα: «Ηλιακή Θερμική Τεχνική», «Ενεργειακός Σχεδιασμός & Κλιματισμός Κτιρίων», «Συστήματα Αιολικής Ενέργειας», «Εστίες», «Λέβητες», «Θερμικά Δίκτυα», «Θερμικές Εγκαταστάσεις» και «Ήπιες Μορφές και Μετατροπές Ενέργειας (μεταπτυχιακό)».

Οι τομείς δραστηριοτήτων του Εργαστηρίου που θα παρουσιάζονται στο 2ο Forum ενέργειας, αφορούν:

1. Όλους τους παραγωγικούς κλάδους, Ο.Τ.Α. και ευρύτερο Δημόσιο Τομέα, σε θέματα εξοικονόμησης ενέργειας – αξιοποίησης και εκμετάλλευσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.

2. Βιομηχανίες – Βιοτεχνίες  κατασκευής Ηλιακών Ενεργειακών  Συστημάτων.

3. Θερμοκηπιακές και  ιχθυοκαλλιεργητικές μονάδες.

4. Ιδιωτικό και Δημόσιο  κτιριακό τομέα, σε θέματα βέλτιστου  ενεργειακού σχεδιασμού – ανάπλασης  υφιστάμενων δομών, εξοικονόμησης  ενέργειας – αξιοποίησης και  εκμετάλλευσης Ανανεώσιμων Ενεργειακών  Πόρων.

Το Εργαστήριο διαθέτει σύγχρονες τεχνολογίες, όπως λογισμικά θερμικών διεργασιών, προσομοίωσης ηλιακών συστημάτων και πεδία αυτοματοποιημένων πειραματικών δοκιμών, καθώς και σύγχρονες τεχνολογικές υποδομές.

Θερμικοί ηλιακοί συλλέκτες και φωτοβολταϊκά κτιρίων

Ο Αν. Καθηγητής Ιωάννης Τρυπαναγνωστόπουλος και ο Dr Μανώλης Σουλιώτης του  Εργαστηρίου Ηλιακής Ενέργειας, του Τμ. Φυσικής, μελέτησαν νέους τρόπους εγκατάστασης των θερμικών ηλιακών συλλεκτών και των φωτοβολταϊκών στα κτήρια. Με την εργασία τους προτείνουν μέθοδο βελτίωσης της αποδιδόμενης ενέργειας από θερμικούς ηλιακούς συλλέκτες και φωτοβολταϊκά, που συνίσταται στην προσθήκη ανακλαστήρων ηλιακής ακτινοβολίας, οι οποίοι προσθέτουν ενέργεια στις ηλιακές συσκευές με αποτέλεσμα την αυξημένη αποδιδόμενη ενέργεια.

Η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί στις θερμοσιφωνικές συσκευές ζεστού νερού, στις εγκαταστάσεις Κεντρικών Θερμικών Ηλιακών Συστημάτων καθώς επίσης και  στις εγκαταστάσεις Φωτοβολταϊκών και υβριδικών ΦΒ/Θ Συστημάτων στα κτήρια.

Εφαρμογή τριχοειδούς αντλίας

Ο Αναπλ. Καθηγητής Διονύσιος Μάργαρης και ο υποψήφιος Διδάκτορας Νικόλαος Αυγερινός, του Τμήματος Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών, παρουσιάζουν την εφαρμογή τριχοειδούς αντλίας σε συστήματα θέρμανσης με αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας.

Στο Εργαστήριο Μηχανικής των Ρευστών και Εφαρμογών Αυτής, σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν μοντέλα τριχοειδούς αντλίας μικρών διαστάσεων με σκοπό την μελέτη της λειτουργίας συζευγμένα με παραβολικό ηλιακό συλλέκτη σαν αυτόνομο σύστημα σε ένα κύκλωμα. Ο παραβολικός συλλέκτης επέτρεψε την συγκέντρωση ικανού θερμικού φορτίου για τη λειτουργία του κυκλώματός της πειραματικής εγκατάστασης αξιοποιώντας την ηλιακή ενέργεια.

Τα περιθώρια διερεύνησης  της αξιοποίησης της τριχοειδούς  αντλίας σε εφαρμογές εστιασμένες  στις ανάγκες του ευρύτερου καταναλωτικού κοινού μοιάζουν μεγάλα, καθώς είναι μια τεχνολογική λύση που επιτρέπει σημαντική εξοικονόμηση πόρων, οικονομικών και ενεργειακών, αλλά και την τοποθέτηση σε κατοικίες-οικισμούς μακριά από δίκτυο ηλεκτροδότησης.

Επιπλέον τα οφέλη  μπορεί να αυξηθούν αν χρησιμοποιηθούν σαν ρευστό λειτουργίας επιλογές όπως η αμμωνία, η ακετόνη ή ακόμα και διαλύματα αυτών με το νερό, τροποποιώντας τις θερμοφυσικές τους ιδιότητες δίνοντας μεγαλύτερο πλεονέκτημα σε ότι αφορά την αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας σε διαστήματα που είναι λιγότερο έντονη από το επιθυμητό, την γρηγορότερη επίτευξη κατάστασης σταθερής λειτουργίας και την επίτευξη όσο το δυνατό καλύτερης αξιοπιστίας.

Ενέργεια από «έξυπνα» παράθυρα

Η ομάδα του Εργαστηρίου  Ενέργειας και Περιβάλλοντος, του Τμήματος Φυσικής, που αποτελείται από τον καθηγητή Π. Γιαννούλη, τον επικ. καθηγητή Γ. Λευθεριώτη και τον υποψήφιο διδάκτορα Γ. Συρροκώστα, έχει αναπτύξει φωτοηλεκτροχρωμικές διατάξεις για εφαρμογή σε «έξυπνα» παράθυρα.

Τα «έξυπνα παράθυρα», μπορούν να μεταβάλλουν την εμφάνισή τους από διαφανή (όπως ένα συνηθισμένο παράθυρο) σε αδιαφανή (με μπλε σκούρο χρώμα) ανάλογα με τις συνθήκες ηλιοφάνειας. Τα παράθυρα αυτά επιτρέπουν το δυναμικό έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας στα κτήρια με διπλό στόχο: Αφενός να εξασφαλίζεται ο ηλιασμός των εσωτερικών χώρων και να αποτρέπεται η χρήση τεχνητού φωτισμού και αφετέρου να «μπλοκάρεται» η περίσσεια της ηλιακής ακτινοβολίας με αποτέλεσμα τη μείωση της χρήσης κλιματιστικών. Το συνολικό όφελος είναι η εξοικονόμηση ενέργειας.

Οι φωτοηλεκτροχρωμικές  συσκευές αποτελούν «υβρίδια» των  «έξυπνων παραθύρων» και των φωτοβολταϊκών. Περιλαμβάνουν δηλαδή ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο που παρέχει την ενέργεια (απευθείας από τον ήλιο) για  τη ρύθμιση της εμφάνισής της  συσκευής. Έτσι ανταποκρίνονται αυτόματα στην ένταση της ηλιακής και ταυτόχρονα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Το Εργαστήριο Ενέργειας  και Περιβάλλοντος πρωτοστατεί  στην ανάπτυξη των φωτοηλεκτροχρωμικών  διατάξεων. Η έρευνα που διεξάγεται αφορά στην βελτιστοποίηση της αποδοτικότητας και της διάρκειας των συσκευών, με τελικό στόχο την ανάπτυξη εμπορικών προϊόντων.

«Ομπρέλα» ενεργειακής αυτονομίας

Η εργασία «Σχεδιασμός  Ενεργειακά Αυτόνομου Οικοδομικού  Τετραγώνου και Κτηρίων» που παρουσιάζεται  από την Ανδρεάνα Παπαντωνίου, Αρχιτέκτωνα Μηχανικό, υποψήφια διδάκτορα και Αικατερίνη Λιάπη αναπληρώτρια καθηγήτρια του Τμήματος Αρχιτεκτόνων του Πανεπιστημίου Πατρών, αποτελεί μια πρόταση ανασχεδιασμού ενός οικοδομικού τετραγώνου στην πόλη της Βαρκελώνης, που έγινε στα πλαίσια της αναβάθμισης της πρώην βιομηχανικής περιοχής 22@. Είναι μια πρόταση που συντελεί στην προσπάθεια για τον αστικό ανασχηματισμό των σύγχρονων πόλεων με γνώμονα τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό. Στόχος είναι η δημιουργία ενός οικοδομικού τετραγώνου ενεργειακά αυτόνομου, μέσα από την ανάπτυξη κατάλληλου συστήματος, κατασκευαστικού και ενεργειακού. Κεντρική ιδέα της εργασίας είναι η δημιουργία μιας μεγάλης αστικής «ομπρέλας» που φιλοξενεί και προστατεύει την ζωή στο εσωτερικό της. Ο σχεδιασμός έγινε με βάση περιβαλλοντικές αναλύσεις και προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας κατάλληλα ψηφιακά προγράμματα (Ecotect, Rhinoceros, Grasshopper).

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από φ/β για τροφοδοσία γεωργικής μονάδας άντλησης νερού

Ο λέκτορας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Β. Περράκη και ο ηλεκτρολόγος μηχανικός Α. Παπαδόπουλος, έχουν υλοποιήσει μια μελέτη απόδοσης και κόστους μιας τυπικής αυτόνομης Φωτοβολταϊκής εγκατάστασης σε γεωργική καλλιέργεια χρησιμοποιώντας Φωτοβολταϊκά πλαίσια για λειτουργία αντλίας νερού και άρδευση γεωργικών εκτάσεων.

Ο σχεδιασμός της φωτοβολταϊκής  εγκατάστασης έγινε με πλαίσια πολυκρυσταλλικού πυριτίου συγκεκριμένα για άντληση  νερού και άρδευση γεωργικών  εκτάσεων με κατάλληλη επιλογή των  μηχανημάτων και των τεχνολογιών.

Μελετήθηκε η συμπεριφορά  διαφορετικών τεχνολογιών φωτοβολταϊκών  πλαισίων σε ποικίλες καιρικές συνθήκες και εκτιμήθηκαν οικονομικοί  παράμετροι για μείωση του κόστους

Έγιναν πειραματικές δοκιμές στην περιοχή Ρίου, από  Οκτώβριο 2009 – Αύγουστο 2010. Χρησιμοποιήθηκε συσκευή απεικόνισης χαρακτηριστικών I-V καμπυλών (pvpm 2540c), πυρανόμετρο με αισθητήρα θερμοκρασίας, πλαίσιο πολυκρυσταλλικού πυριτίου, πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου και πλαίσιο CIS.

Θέρμανση θερμοκηπίων με Υπέρυθρη Ακτινοβολία

Οι δαπάνες για θέρμανση θερμοκηπίων αποτελούν μια από τις σημαντικότερες συνιστώσες του κόστους καλλιέργειας, με σημαντική συνεισφορά στο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Η θερμότητα παρέχεται συνήθως στα θερμοκήπια μέσω συμβατικών συστημάτων θέρμανσης που θερμαίνουν τον αέρα του θερμοκηπίου (όλον κλίμα) στη θερμοκρασία που απαιτείται με  συνέπεια θερμική στρωματοποίηση και σημαντικές ενεργειακές απώλειες λόγω της μικρής θερμομονωτικής ικανότητας του καλύμματος.

Η καθηγήτρια Εφαρμογών  Α. Καυγά (Τμήμα Θερμοκηπιακών Καλλιεργειών και Ανθοκομίας (Θε.ΚΑ), ΤΕΙ Μεσολογγίου) και ο επικ. καθηγητής Θ. Πανίδης (Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών), έχουν αναπτύξει μια εφαρμογή θέρμανσης θερμοκηπίων με συστήματα υπέρυθρης θέρμανσης.

Η χρήση υπέρυθρης  ακτινοβολίας (IR) αποτελεί αξιόπιστη εναλλακτική επιλογή διότι θερμαίνεται μόνο η περιοχή του φυτικού θόλου (τοπικό κλίμα), ενώ ο αέρας παραμένει σε θερμοκρασία 3-5°C χαμηλότερη, με αποτέλεσμα σημαντική μείωση των ενεργειακών απωλειών, της τάξεως του 35-45% (ψυχρό θερμοκήπιο).

Η θέρμανση του θερμοκηπίου  με υπέρυθρη ακτινοβολία έχει ως αποτέλεσμα και την ταχύτερη ανάπτυξη των  φυτών σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους θέρμανσης και την καλύτερη ομοιομορφία στις διάφορες παρτίδες λόγω της καλύτερης κατανομής  της θερμοκρασίας στο φυτικό θόλο.

Σύστημα ενεργειακής απόδοσης

Το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πανεπιστημίου, έχει αναπτύξει μια  μέθοδο για τον έλεγχο ενεργειακών  και αγροτικών συστημάτων για  την επίτευξη βέλτιστης απόδοσης.

Στην ανάπτυξη της μεθόδου προΐσταται ο Πέτρος Π. Γρουμπός - Καθηγητής και Διευθυντής και συμμετέχουν οι υποψήφιοι Διδάκτορες Καραγιάννης Ιωάννης, Αννίνου Αντιγόνη, Μπουγά Βασιλική και Βασκαντήρας Γεώργιος.

Η ανάγκη για το βέλτιστο τρόπο ελέγχου συστημάτων στον ενεργειακό ή/και αγροτικό τομέα με στόχο τη μέγιστη εκμετάλλευση των δυνατοτήτων τους αποτελεί ένα πολύπλοκο και σύνθετο πρόβλημα. Δυναμικά και χρήσιμα εργαλεία για τη λύση του παραπάνω προβλήματος είναι τα «Συστήματα Λήψης και Υποστήριξης Αποφάσεων» (ΣΛΥΑ), τα οποία είναι εξαιρετικά χρήσιμα σε καταστάσεις στις οποίες οι πληροφορίες ή τα δεδομένα εμποδίζουν τον άνθρωπο να φτάσει από μόνος του σε μια αποδεκτή λύση. Οι παράμετροι που επηρεάζουν το εκάστοτε σύστημα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αλλά και με το περιβάλλον με τρόπο που δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε με απόλυτη ακρίβεια. Το εργαλείο που συνδυάζει την αβεβαιότητα στα δεδομένα με την εμπειρία είναι τα Ασαφή Γνωστικά Δίκτυα τα οποία μας οδηγούν ευκολότερα στη λήψη μιας ορθότερης απόφασης.

Ενέργεια από αγροκτηνοτροφικά απόβλητα

Το Εργαστήριο Βιοχημικής Μηχανικής και Τεχνολογίας Περιβάλλοντος (LBEET) του Τμήματος Χημικών Μηχανικών, με τον Επίκ. Καθηγητή του Τμήματος Χημικών Μηχανικών Μιχάλη Κορνάρο, παρουσιάζει την πρότασή του  σε σχέση με την ολοκληρωμένη αξιοποίηση αποβλήτων που παράγονται από αγροτοβιομηχανικές και κτηνοτροφικές δραστηριότητες (ελαιοτριβεία, τυροκομεία, βουστάσια κ.λ.π.), τα οποία μέχρι σήμερα διατίθενται ανεπεξέργαστα στο περιβάλλον προκαλώντας ανυπολόγιστη περιβαλλοντική επιβάρυνση με κίνδυνο για τη δημόσια υγεία. Η πρόταση αφορά στη συνεπεξεργασία των παραγόμενων αποβλήτων μιας περιοχής σε κεντρικές μονάδες μέσω της διεργασίας της αναερόβιας συγχώνευσης. Βασικά προϊόντα της μονάδας αποτελούν το υδρογόνο και το μεθάνιο, προϊόντα υψηλής ενεργειακής αξίας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας, με προφανή οφέλη για τον ιδιοκτήτη της μονάδας (οικονομικά) και την τοπική κοινωνία (περιβαλλοντικά κ.ά).

Φωτοστοιχείο Καυσίμου

Ο καθ. του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Φωτοφυσικής και Φωτοχημείας του Πανεπιστημίου Πατρών Παναγιώτης Λιανός, έχει αναπτύξει το Φωτοστοιχείο Καυσίμου.

Το  φωτοστοιχείο καυσίμου είναι μία συσκευή όπου επιτυγχάνεται  η φωτοκαταλυτική οξείδωση («καύση») οργανικών ενώσεων υπό την επίδραση ηλιακής ακτινοβολίας.  Λειτουργεί με διαδικασίες παρόμοιες προς ένα κοινό στοιχείο καυσίμου, όπου αντί η οξείδωση να γίνεται με τη χρήση ευγενών (και δαπανηρών) μετάλλων σε υψηλή θερμοκρασία, χρησιμοποιούνται φωτοκαταλύτες σε συνθήκες περιβάλλοντος. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των φωτοκαταλυτών είναι ότι οξειδώνουν οποιαδήποτε οργανική ουσία ή μείγματα ουσιών χωρίς διάκριση και επιλεκτικότητα. Ως εκ τούτου, μπορούν να χρησιμοποιήσουν ως καύσιμο υλικά που είτε βρίσκονται σε περίσσεια, ή είναι πολύ δαπανηρή η διύλιση τους ή είναι απλώς ρύποι. Επομένως τα φωτοστοιχεία καυσίμου παρέχουν ένα διπλό περιβαλλοντικό όφελος: εκμεταλλεύονται την ηλιακή ακτινοβολία και καταστρέφουν ρύπους.

Βιοκαύσιμα από επεξεργασία λυμάτων

Η ομάδα του Εργαστηρίου  Τεχνολογίας Περιβάλλοντος, του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Πατρών, που αποτελείται από τον λέκτορα Ι.Δ. Μαναριώτη και τους συνεργάτες του Α. Φ. Αραβαντινού και Μ.Α. Θεοδωρακόπουλο,  έχουν πραγματοποιήσει μια μελέτη για την εφαρμογή μικροφυκών στην επεξεργασία λυμάτων και την αξιοποίηση της παραγόμενης βιομάζας ως βιοκαύσιμο.

Η χρήση των μικροφυκών για την αφαίρεση των θρεπτικών  συστατικών, υπάρχει εδώ και κάποιες  δεκαετίες, αλλά η τεχνολογία της  εφαρμογής των μικροφυκών δεν  έχει αξιοποιηθεί πλήρως.

Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε η μετεπεξεργασία συνθετικών λυμάτων με μικροφύκη και εν συνεχεία η αξιοποίηση της παραγόμενης βιομάζας για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Κατά αυτό το στάδιο συλλέχθηκε η βιομάζα και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η εξαγωγή των λιπιδίων.

Η χρήση των λυμάτων  στην καλλιέργεια φυκών θα μπορούσε να έχει διπλό ρόλο, αυτόν της  μείωσης του ρυπαντικού φορτίου  των λυμάτων και της αξιοποίησης  των μικροφυκών για παραγωγή βιομάζας – ενέργειας.

Μικροφύκη για παραγωγή βιοκαυσίμων

Η ομάδα του Εργαστηρίου  Μικροβιολογίας, Τομέας Γενετικής, Βιολογίας  Κυττάρου και Ανάπτυξης - Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστημίου Πατρών, που αποτελείται  από τον καθηγητή Γιώργο Αγγελή και  την υποψήφια διδάκτορα Σταματία Μπέλλου, έχει  υλοποιήσει μια εργασία  για τη Βιοσύνθεση λιπιδίων από τα μικροφύκη Nannochloropsis salina and Chlorella sp. καλλιεργούμενα σε φωτοβιοαντιδραστήρα εργαστηρίακης κλίμακας.

Τα μικροφύκη είναι  φωτοσυνθετικοί μικροοργανισμοί ικανοί να μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε μόρια ιδιαίτερου βιοτεχνολογικού και φαρμακευτικού ενδιαφέροντος, όπως λιπίδια και σάκχαρα.

Τα μικροφύκη Nannochloropsis salina και Chlorella sp., παρουσιάζουν ιδιαίτερο  ενδιαφέρον για τις βιομηχανίες  βιοντίζελ, φαρμάκων και τροφίμων, λόγω της ικανότητας τους να συσσωρεύουν λιπίδια σε υψηλές συγκεντρώσεις.

Τα στελέχη αυτά καλλιεργήθηκαν σε κλειστά και συνεχή συστήματα  καλλιέργειας σε εργαστηριακής κλίμακας φωτοβιοαντιδραστήρα και παρήγαγαν  βιομάζα περίπου 0,4 g.L-1, συσσώρευσαν  σάκχαρα σε ποσοστό έως 35%, ενώ  η μέγιστη συσσώρευση λιπιδίων ήταν 16% για το N. salina και 40% για το Chlorella sp.