Εξομοίωση υβριδικού συστήματος με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

• Main Author: Χασιώτη, Γαρυφαλλιά
• Other Authors: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Language: gr
• Published: 2011
• Subjects: Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας; Υβριδικά συστήματα; 621.042; Renewable energy sources; Hybrid systems
• Online Access: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4045

Στις αρχές του 20ου αιώνα, με καταλυτική εξέλιξη την ανακάλυψη των μεγάλων κοιτασμάτων πετρελαίου ο κόσμος στράφηκε αποφασιστικά στη χρήση μη ανανεώσιμων πηγών, κυρίως άνθρακα και υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κάρβουνο). Αυτή η λύση εξασφάλιζε για μεγάλο χρονικό διάστημα μια προσιτή ανάκτηση και μετατροπή αυτών των πηγών σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καταναλώνονται όμως πιο γρήγορα από ότι δημιουργούνται. Γι’ αυτό το λόγο θεωρούνται μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή δεν αντικαθίστανται τόσο γρήγορα όσο τις χρησιμοποιούμε.Ετσι μπορούν να εξαντληθούν κάποια στιγμή στο μέλλον. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά, και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες.Η αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρου πληθυσμού περιοχές, σε συνδυασμό με την οικονομικά ασύμφορη λύση της κατασκευής ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς, δίνει το έρεισμα στην σχεδίαση και υλοποίηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών ή και ολόκληρων οικισμών (δηλαδή μη συνδεδεμένων με το δίκτυο) μέσω της εκμετάλλευσης διαφόρων μορφων ΑΠΕ Λογω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθηκευσή της, ανακύπτουν λόγω της έλλειψης διαθεσιμότητας των ΑΠΕ σε εικοσιτετράωρη βάση. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας.Τα υβριδικά συστήματα που συνδιάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τημ τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα διαφόρων υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο μιας μη διασυνδεδεμένης στο εθνικό δίκτυο κοινότητας αποτελούμενης από δέκα κατοικιες. Ως περιοχή της μελέτης έχει επιλεχθεί η απομακρυσμένη περιοχή Γαιδουρόμαντρα στο νησί της Κύθνου. Οι εγκαταστάσεις είναι κατοικημένες μόνο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού ώστε να μην υπάρχει καμία απαίτηση για παραγωγή θερμότητας.Τα υβριδικά συστήματα που εξετάζονται έχουν όλα την συνέργεια αποθηκευτικού συστήματος μπαταριών και είναι τα παρακάτω: • Φωτοβολταϊκά- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Κυψέλες Καυσίμου(ΚΚ) • Ανεμογεννήτρια (Α/Γ)- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Ανεμογεννήτρια (Α/Γ) Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται εισαγωγή στις ΑΠΕ και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία σχετικά με την κατάσταση στην χώρα μας καθώς και τη συνεισφορά κάθε πηγής σε παγκόσμιο επίπεδο. Στα Κεφάλαια 2, 3, 4 γίνεται μια παρουσίαση των ΑΠΕ που χρησιμοποιούνται στα υβριδικά συστήματα. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή σε κάθε μορφή ενέργειας και έπειτα γίνεται μια εκτεταμένη ανάλυση σε κάθε τεχνολογία παραγωγής ενέργειας, κυρίως στα χαρακτηριστικά και τη λειτουργία της. Τέλος αναλύεται η παρούσα κατάσταση αυτής της τεχνολογίας σε παγκόσμια κλίμακα καθώς και σε ελληνικό επίπεδο. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται η εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγραμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποεί (εξομοίωση, βελτιστοποίηση, ανάλυση ευαισθησίας) όπως επίσης και τα οικονομικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη που αποτυπώνονται στα αποτελέσματα του προγράμματος με απώτερο σκοπό την βαθύτερη κατανόηση τους. Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο 7 αφού γίνεται μια αρχική αναφόρα στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής, έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοχεία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι μεταβλητές που εισάχθηκαν στο HOMER. Ακολουθεί η εκτεταμένη περιγραφή του κάθε υβριδικού συστήματος με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των καμπυλών που προκύπτουν από την προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδυασμού με βασικά κριτήρια το συνολικό κόστος της επένδυσης, το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh και τις ποσότητες ρυπογόνων ουσιών που εκπέμπονται στο περιβάλλον. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι το μέλλον θα ανήκει στην τεχνολογία του υδρογόνου, αφού ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια, οικονομικής κυρίως φύσεως. === Aim of this project is to examine the capability of various hybrid systems covering the electric load of a community, which is non-connected to the national grid and consists of ten residences. The area of the study is the remote region Gaidoyromantra which is located in the island of Kythnos. The houses are inhabited only during summertime, so that any requirement for heat is prerequisite. All the hybrid systems that are examined have the synergy of stocking system of batteries and are the following: • PV-Diesel Generator • PV-Fuel Cells • Wind Turbines-Diesel Generator • PV- Wind Turbines In Chapter 1, the RES are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country as well as the contribution of each source in world level. In Chapters 2, 3, 4 are presented the RES that are used in the hybrid systems. Firstly, historical reference to each source of energy and then extensive analysis of each technology are given. Finally, the present situation of each technology is analyzed in world scale as well as in Greek level. In Chapter 5 the energy production hybrid systems are introduced. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. Then, in Chapter 6, the Micro power Optimization Model HOMER is described extensively. This computer model presents the optimum configuration by taking for granted the Total Net Present Cost (NPC) of each system. Homer also materializes three basic operations (simulation, optimization and sensitivity analysis) which are obvious in this project. In the final stage of this project and more specifically in Chapter 7 is given the location of the study as well as the load which is going to be covered by the hybrid system. Afterwards, a description of technological elements takes place and the variables that are used by HOMER are reported too. Extensive description of each hybrid system with schematic depictions and interpretation of curves that results from the simulation follows. Finally in Chapter 8 all the results are compared together, aiming to find the optimum configuration with basic criteria the total cost of investment, the surplus of electric energy, the annual production of electric energy in KWh and the quantities of pollutant substances that are emitted in the environment. The conclusion that derives is that the future belongs to the technology of Hydrogen.