Search

Διπλωματική Εργασία που υποβλήθηκε στη σχολή ΜΠΔ του Πολυτεχνείου Κρήτης. Περίληψη: Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει ως κύριο σκοπό την ανάπτυξη ενός αλγορίθμου λειτουργίας και βελτιστοποίησης με στόχο τον σχεδιασμό ενός συστήματος παραγωγής υδρογόνου (με ηλεκτρόλυση νερού) με χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ). Αρχικά, επισημαίνεται η αναγκαιότητα της χρήσης των ΑΠΕ παρουσιάζοντας και αναλύοντας το μεγάλο ενεργειακό και περιβαλλοντικό πρόβλημα που μαστίζει τον πλανήτη. Τα προβλήματα αυτά αφορούν την έλλειψη ενεργειακών πόρων και την επιβάρυνση του περιβάλλοντος με τα αέρια του θερμοκηπίου, που οδηγούν στην επιτακτική ανάγκη για νέες πηγές ενέργειας. Ως λύση στα ανωτέρω προτείνεται η χρήση του υδρογόνου ως μια νέα πηγή ενέργειας και αναλύονται όλοι οι λόγοι επιλογής του συγκεκριμένου καυσίμου. Στην συνέχεια, γίνεται μια ανασκόπηση σε αντίστοιχες εργασίες της βιβλιογραφίας μέσω των οποίων περιγράφονται διάφορα συστήματα ηλεκτρόλυσης νερού που τροφοδοτούνται με χρήση ηλιακής ενέργειας. Σε αυτή την ανασκόπηση, παρουσιάζονται στοιχεία που αφορούν τον σκοπό κάθε εργασίας, την σύντομη περιγραφή των επιμέρους υποσυστημάτων που συνθέτουν ένα πλήρες σύστημα ΑΠΕ-Η2, την μεθοδολογία βελτιστοποίησης και σχεδιασμού που ακολουθήθηκε και τέλος κάποια χαρακτηριστικά αποτελέσματα που προέκυψαν και σχετίζονται με την παρούσα εργασία. Συνεχίζοντας για την υλοποίηση του υπολογιστικού τμήματος της εργασίας, γίνεται παρουσίαση του μαθηματικού μοντέλου λειτουργίας των υποσυστημάτων (φωτοβολταϊκών, ηλεκτρόλυσης νερού και αποθήκευσης Η2), καθώς και του αλγορίθμου διαχείρισης ενέργειας. Με βάση τα ανωτέρω, αξιοποιείται πακέτο βελτιστοποίησης μέσω matlab (αλγόριθμοι βελτιστοποίησης γενετικών αλγορίθμων) που στοχεύει στην εύρεση των βέλτιστων μεγεθών των υποσυστημάτων (φωτοβολταϊκών, ηλεκτρόλυσης νερού και αποθήκευσης Η2) που θα οδηγούν σε προκαθορισμένη παραγωγή Η2 στο τέλος ενός έτους. Η παραγόμενη ποσότητα Η2 πρόκειται να αξιοποιηθεί ως καύσιμο σε αυτοκίνητα κινούμενα με αυτόνομη παροχή υδρογόνου και ενδεικτικά αποτελέσματα κατέληξαν σε : -Κάλυψη φορτίου που αντιστοιχεί σε 1,2 αυτοκίνητα για παραγωγή 2.000.000 λίτρων υδρογόνου με χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων μεγέθους 8,5 kW για το σενάριο κόστους 1 και 7,9 kW για το σενάριο κόστους 2, μπαταριών μεγέθους 2.020 Αh για το σενάριο κόστους 1 και 8.529 Ah για το σενάριο κόστους 2 και μονάδα ηλεκτρόλυσης μεγέθους 4,7 kW για το σενάριο κόστους 1 και 3,8 kW για το σενάριο κόστους 2. -Κάλυψη φορτίου που αντιστοιχεί σε 12 αυτοκίνητα για παραγωγή 20.000.000 λίτρων υδρογόνου με χρήση φωτοβολταικών συστημάτων μεγέθους 83,57 kW για το σενάριο κόστους 1 και 83,5 kW για το σενάριο κόστους 2, μπαταριών μεγέθους 11.270 Αh για το σενάριο κόστους 1 και 11.697 Ah για το σενάριο κόστους 2 και μονάδα ηλεκτρόλυσης μεγέθους 38,7 kW για το σενάριο κόστους 1 και 39,4 kW για το σενάριο κόστους 2. -Κάλυψη φορτίου που αντιστοιχεί σε 120 αυτοκίνητα για παραγωγή 200.000.000 λίτρων υδρογόνου με χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων μεγέθους 866,6 kW για το σενάριο κόστους 1 και 871 kW για το σενάριο κόστους 2, μπαταριών μεγέθους 31.025 Αh για το σενάριο κόστους 1 και 27.620 Ah για το σενάριο κόστους 2 και μονάδα ηλεκτρόλυσης μεγέθους 462 kW για το σενάριο κόστους 1 και 499,4 kW για το σενάριο κόστους 2. -Κάλυψη φορτίου που αντιστοιχεί σε 1.200 αυτοκίνητα για παραγωγή 2.000.000.000 λίτρων υδρογόνου με χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων μεγέθους 7.904,2 kW για το σενάριο κόστους 1 και 7.936,7 kW για το σενάριο κόστους 2, μπαταριών μεγέθους 305.960 Αh για το σενάριο κόστους 1 και 339.858 Ah για το σενάριο κόστους 2 και μονάδα ηλεκτρόλυσης μεγέθους 3.702,9 kW για το σενάριο κόστους 1 και 4.602,8 kW για το σενάριο κόστους 2.

Περίληψη: H Ευρωπαϊκή Επιτροπή τον Δεκέμβριο του 2019 παρουσίασε την Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία, ένα σχέδιο δράσης με στόχο μια κλιματικά ουδέτερη Ευρώπη, απαλλαγμένη από την χρήση συμβατικών ορυκτών καυσίμων. Η συμφωνία βρίσκει εφαρμογή σε όλους τους τομείς της οικονομίας, από τη βιομηχανία και τις μεταφορές μέχρι τα τρόφιμα και τη γεωργία και επεκτείνεται στον κτιριακό τομέα, που αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους καταναλωτές ενέργειας και εκπομπών CO2. Μέσα από τη στρατηγική «Κύμα Ανακαινίσεων» προωθούνται ανακαινίσεις δημόσιων και ιδιωτικών κτιρίων με σκοπό την αναβάθμιση της ενεργειακής απόδοσης και τον μηδενισμό των αέριων ρύπων τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα πραγματοποιηθεί μελέτη για την ενεργειακή αναβάθμιση του Συνεδριακού Κέντρου της Ορθόδοξης Ακαδημίας Κρήτης (ΟΑΚ) με στόχο τη μετατροπή του σε Κτίριο Σχεδόν Μηδενικής Κατανάλωσης σύμφωνα με τα πρότυπα της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας. Πιο συγκεκριμένα, θα καθοριστούν σενάρια ενεργειακής αναβάθμισης που αφορούν στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του κτιρίου της ΟΑΚ με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και θα πραγματοποιηθεί η ενεργειακή αξιολόγησή τους στη βάση κατάλληλων δεικτών ενεργειακής αποδοτικότητας. Στη συνέχεια θα πραγματοποιηθεί τεχνοοικονομική αξιολόγηση των σεναρίων, ώστε να επιλεχθεί αυτό που είναι οικονομικά αποδοτικότερο. Τέλος, θα παρουσιαστούν μελλοντικές προτάσεις ενεργειακής αναβάθμισης οι οποίες θα καλύπτουν τις βασικές αρχές της Πράσινης Συμφωνίας.

Περίληψη: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται το σύνολο των ενεργειακών φυτών που καλλιεργούνται παγκόσμια και εξετάζονται από αυτά α) η θερμογόνος δύναμη τους, β) οι αποδόσεις τους σε ξηρή βιομάζα, γ) το ενεργειακό δυναμικό και δ) η καταλληλόλητα τους στην Ελλάδα. Στην συνέχεια, ερευνάται πόσες βιομηχανίες υπάρχουν στην Ελλάδα που παράγουν στερεά και υγρά βιοκαύσιμα, δηλαδή βιοντίζελ ή/και εξανθρακώματα, με την μέθοδο την αεροποίησης. Να σημειωθεί ότι υπάρχουν αρκετές βιομηχανίες που χρησιμοποιούν την διαδικασία της μετεστεροποίσης, αλλά δεν θα αναλυθεί σε μεγάλο βάθος καθώς δεν αποτελεί αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας. Τέλος, θα αναφερθούν κάποιες πιθανές λύσεις για την αντιμετώπιση των προβλημάτων που προκύπτουν με την ενασχόληση των ενεργειακών καλλιεργειών και τα βήματα που θα πρέπει να εξετάσει κάποιος που θέλει να αρχίσει μια τέτοια επιχείρηση παραγωγής.

Energy consumption in the food industry is heavily dependent on fossil fuels resulting in high greenhouse gas (GHG) emissions. Concurrently, the annual energy consumption in the food sector is expected to increase further due to the continuous global population growth. In this light, the integration of Renewable Energy Sources (RES) and the adoption of energy efficiency measures in every stage of product development can be recognized as of crucial importance. This Diploma Thesis is focused on the investigation and development of a hybrid energy system (HES) to meet the energy needs of a local bakery industry. Specifically, the proposed energy solution enables the higher penetration of RES (e.g., solar irradiation potential) as well as the exploitation of the residues from the rural activities (e.g., olive-trees pruning, tomato crops waste) taking place in the study area. The developed HES consists of technologies such as an anaerobic digestion reactor, PV system, wind turbines, gasification and CHP units. Moreover, this study aims to examine the operational aspects of the proposed system to achieve an optimal balance between RES penetration, energy cost and ecological footprint. In this context, a holistic approach was designed for a local Bakery Industry, with total annual electricity and heat consumption of 1,058 MWh and 3,036 MWh, respectively. To this end, a proper methodological framework was developed to formulate and model alternative scenarios correlating the data collected for the production processes, climatic conditions, biomass potential in the study area, as well as the data of energy consumption. Following, the developed energy-based scenarios for the HES were simulated, analysed and compared using commercially available software. The obtained results indicate that the evolved energy solution could realise the green energy transition in the food industry taking advantage of high-RES penetration to minimise the energy costs and ecological footprint., Η ενεργειακή κατανάλωση στην βιομηχανία τροφίμων βασίζεται κυρίως σε ορυκτά καύσιμα και αποτελεί βασική αιτία εκπομπής των αερίων του θερμοκηπίου. Επιπλέον, η συνολική κατανάλωση ενέργειας της βιομηχανίας τροφίμων προβλέπεται να αυξηθεί λόγω του αυξανόμενου πληθυσμού. Συνεπώς η αναγκαιότητα της αξιοποίησης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), καθώς επίσης και η εφαρμογή μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας σε κάθε στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας αναγνωρίζεται ως ιδιαίτερα σημαντική. Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζεται στη μελέτη των διαφορετικών πτυχών ενσωμάτωσης ενός υβριδικού ενεργειακού συστήματος (ΥΕΣ) για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών μιας βιομηχανίας προϊόντων άρτου. Πιο συγκεκριμένα, η προτεινόμενη ενεργειακή λύση του ΥΕΣ προκρίνει την χρήση του τοπικού δυναμικού ΑΠΕ (π.χ. ηλιακή και αιολική ενέργεια), καθώς και την ενεργειακή αξιοποίηση γεωργικών υπολειμμάτων (π.χ. απόβλητα θερμοκηπιακών καλλιεργειών τομάτας, κλαδέματα ελιάς), η οποία συνδυάζει τις δυνατότητες της μεθόδου της αναερόβιας χώνευσης, των φωτοβολταϊκών και αιολικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας, της αεριοποίησης και της συμπαραγωγής. Ειδικό στόχο της μελέτης συνιστά η βελτιστοποιημένη λειτουργία του προτεινόμενου συστήματος ΥΕΣ με αυξημένη διείσδυση των ΑΠΕ, μειωμένο κόστος χρήσης ενέργειας και μείωση του αποτυπώματος άνθρακα. Στο πλαίσιο της μελέτης, αναπτύχθηκε μια ολοκληρωμένη λύση για μια τοπική βιομηχανία προϊόντων άρτου, με ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας ίση με 1,058 MWh και 3,036 MWh, αντίστοιχα. Για την επίτευξη των ερευνητικών στόχων της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αναπτύχθηκε κατάλληλη μεθοδολογία, μέσω της οποίας αξιοποιήθηκαν τα δεδομένα της παραγωγικής διαδικασίας, των κλιματικών συνθηκών, της διαθεσιμότητας βιομάζας στην περιοχή μελέτης, καθώς και τα δεδομένα κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας με σκοπό τη διαμόρφωση και μοντελοποίηση σεναρίων λαμβάνοντας υπόψη το διαθέσιμο δυναμικό ΑΠΕ και των ενεργειακών αναγκών. Εν συνεχεία, η ενεργειακή ανάλυση των εναλλακτικών σεναρίων για την σύνθεση του ΥΕΣ, πραγματοποιήθηκε μέσω της προσομοίωσης σε συμβατό λογισμικό Η/Υ. Τα αποτελέσματα τα οποία εξήχθησαν, δείχνουν ότι το προτεινόμενο ΥΕΣ μπορεί να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες της περίπτωσης μελέτης, με ρεαλιστικό κόστος ενέργειας και αυξημένη διείσδυση των ΑΠΕ, συμβάλλοντας ουσιαστικά για τη μείωση του τελικού οικολογικού αποτυπώματος της.