Διανεμημενη Παραγωγη Ηλεκτρικης Ενεργειας Με Μικροτουρμπινες Και Κυψελες Καυσιμων

Abstract

Οι ραγδαία αναπτυσσόμενες εφαρμογές υδρογόνου μπορούν να χαρακτηριστούνγενικά ως οι τεχνολογίες του μέλλοντος. Η δυνατότητα για την παραγωγήυδρογόνου με πολλές μεθόδους (αναμόρφωση υδρογονανθράκων - κυρίωςφυσικού αερίου - με ατμό, μερική οξείδωση - αεριοποίηση βαρέωνυδρογονανθράκων (πετρέλαιο), ηλεκτρόλυση νερού), η εύκολη αποθήκευση τουσε δεξαμενές αλλά και οι πλείστες εφαρμογές του, κάνουν το υδρογόνο όλο καιπιο δημοφιλές ως καύσιμο.Η ανάπτυξη εφαρμογών όλο και πιο αποδοτικών, που να μπορούν να παράγουνηλεκτρική ενέργεια σε μικρή κλίμακα, κοντά στην κατανάλωση της, ουσιαστικάοδηγεί και σε μια νέα αντιμετώπιση της παραγωγής, της μεταφοράς και τηςδιανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Στην πραγματικότητα εισάγει νέα δεδομένακαι νέες δυνατότητες, σε έναν χώρο που κερδίζεται όλο και περισσότερο από τιςανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ιδιαίτερα οι νέες, καινοτόμες εφαρμογές υβριδικώνπηγών που συνδυάζουν ανεμογεννήτριες, μικροτουρμπίνες, κυψέλες καυσίμων,φωτοβολταϊκά κλπ. κερδίζουν όλο και περισσότερο έδαφος, αφού καταφέρνουν νασυνδυάσουν τα πλεονεκτήματα κάθε μιας εκ των τεχνολογιών, αυξάνονταςσυνολικά την αποδοτικότητα των συστημάτων.Πλέον ο καταναλωτής έχει τη δυνατότητα να παράγει την ισχύ που χρειάζεται στονχώρο που την καταναλώνει, αλλά και ταυτόχρονα να χρησιμοποιεί τα μεγάλα ποσάθερμότητας που παράγονται παράλληλα με την ηλεκτρική ενέργεια, από τιςεφαρμογές που χρησιμοποιούν ως καύσιμο το υδρογόνο. Αυτό έχει ως συνέπειατην αλλαγή των συσχετισμών και των μεγεθών στην ισχύ, που καλείται ναδιαχειριστεί το υπάρχον δίκτυο μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.Η παρούσα διπλωματική εργασία καταπιάνεται με τη μελέτη του συνόλου τηςπαραπάνω νέας κατάστασης, προσπαθώντας να προσεγγίσει το θέμα οικονομικά,περιβαλλοντικά, αλλά πάνω απ' όλα από την οπτική του μηχανικού.Το 1ο κεφάλαιο ασχολείται με την τεχνολογία των μικροτουρμπινών. Γίνεται μιαγενική ανάλυση των εφαρμογών τους, της κατάστασης της αγοράς, του τρόπουλειτουργίας τους και τέλος μια προσπάθεια μοντελοποίησης μιας τυπικήςμικροτουρμπίνας, με συμπεράσματα για τον τρόπο που αποκρίνεται στη ζήτησηφορτίων.Το 2ο κεφάλαιο ασχολείται με την τεχνολογία των κυψελών καυσίμων. Στο ίδιομοτίβο με το κεφάλαιο των μικροτουρμπινών, γίνεται μια γενική ανάλυση της,πολύ νέας για τις κυψέλες καυσίμων, αγοράς, του τρόπου λειτουργίας τους, τουςδιαφορετικούς τύπους κυψελών καυσίμων, τις αντίστοιχες εφαρμογές τους και ταπλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα καθενός εκ των τύπων. Σε κάποια σημείαγίνονται και συγκριτικές αναφορές με τις μικροτουρμπίνες. Επίσης παρουσιάζονταικάποιες υπάρχουσες εφαρμογές τους. Στο τέλος επιχειρείται και πάλι ημοντελοποίηση μιας τυπικής κυψέλης καυσίμων, για την εξαγωγή συμπερασμάτων.Το 3ο κεφάλαιο ασχολείται με τη διανεμημένη παραγωγή. Διερευνά τους τρόπουςμε τους οποίους μπορεί να γίνει η μοντελοποίηση της, για τη διερεύνηση τηςσυμπεριφοράς της στη διαδικασία της παραγωγής, αλλά και για τον τρόπο με τονοποίο συμβάλλει στην αξιοπιστία των συστημάτων. Δημιουργούμε και πάλι έναμοντέλο που αφορά μια γραμμή μεταφοράς και στηρίζεται στις μεθόδους πουαναπτύχθηκαν, για την χρησιμοποίησή της με την παρουσία διανεμημένηςπαραγωγής. Στην πορεία του κεφαλαίου καταδεικνύονται τα ιδιαίτεραχαρακτηριστικά της διανεμημένης παραγωγής.Στο 4ο κεφάλαιο δημιουργείται ένα μικρό δίκτυο διανεμημένης παραγωγής με την παρουσία άπειρου ζυγού. Βάσει κάποιων σεναρίων προσπαθούμε ναδιερευνήσουμε τον τρόπο με τον οποίο οι μικροπηγές μπορούν να συμβάλλουν στοδίκτυο παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ενέργειας.Το 5ο κεφάλαιο είναι παράρτημα.Σε όλες τις προσπάθειες μοντελοποίησης χρησιμοποιήθηκε το Simulink, Matlab.