Ανάλυση Υβριδικού Συστήματος Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Που Συνδυάζει Απε Και Τεχνολογίες Υδρογόνου

Abstract

Το υδρογόνο θεωρείται ως το ενεργειακό μέσο του μέλλοντος που θα αντικαταστήσει τα συμβατικά υγρά και αέρια καύσιμα. Για το λόγο αυτό, τα υβριδικά συστήματα παραγωγής που συνδυάζουν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με αποθήκευση υδρογόνου βρίσκονται στο επίκεντρο της επιστημονικής έρευνας. Βασική επιδίωξη αυτών των συστημάτων αποτελεί η βέλτιστη διαχείριση της παραγόμενης και αποθηκευμένης ενέργειας, καθώς και η αποδοτική και ασφαλής χρήση των διατάξεων υδρογόνου.Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη ενός δυναμικού μοντέλου που προσομοιώνει τη λειτουργία ενός αυτόνομου υβριδικού σταθμού παραγωγής ΑΠΕ - υδρογόνου. Το υπό μελέτη σύστημα περιλαμβάνει μία ανεμογεννήτρια και μία φωτοβολταϊκή γεννήτρια, οι οποίες αποτελούν τις κύριες ενεργειακές πηγές, ενώ μία κυψέλη καυσίμου χρησιμοποιείται για να τροφοδοτεί την ισχύ του φορτίου που υπερβαίνει την ισχύ της παραγωγής. Μια συστοιχία υπερπυκνωτών λειτουργεί επικουρικά, για να καλύψει τις ταχείες μεταβολές τόσο του φορτίου όσο και της παραγωγής που μπορεί να οφείλονται σε πιθανές διακυμάνσεις της ταχύτητας ανέμου και της ηλιακής ακτινοβολίας. Μία μονάδα ηλεκτρόλυσης και μία δεξαμενή αποθήκευσης χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση της περίσσειας ισχύος σε υδρογόνο. Η διασύνδεση των επιμέρους υποσυστημάτων και η διαχείριση της ισχύος πραγματοποιούνται μέσω ενός κοινού ζυγού ΣΡ με τη βοήθεια ειδικά σχεδιασμένων ελεγκτών.Τα υποσυστήματα μοντελοποιούνται αναλυτικά με μαθηματικές εξισώσεις και δίνεται μεγάλη έμφαση στη δυναμική συμπεριφορά τους. Ακόμη, αναπτύσσεται μία αναλυτική μέθοδος για τη διαστασιολόγηση του συστήματος με χρήση πραγματικών δεδομένων για τις χρονοσειρές ταχύτητας ανέμου - ηλιακής ακτινοβολίας και την ημερήσια καμπύλη φορτίου. Ο έλεγχος του συστήματος δε βασίζεται μόνο στο ισοζύγιο παραγωγής και ζήτησης, αλλά εξασφαλίζει, παράλληλα, την αποδοτική λειτουργία της κυψέλης καυσίμου, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής της. Ακόμη, λαμβάνει υπόψη θέματα ενεργειακής απόδοσης, καθώς και περιορισμούς ασφαλείας στη λειτουργία του ηλεκτρολύτη, ενώ δίνεται έμφαση στην ποιότητα της παραγόμενης ισχύος. Η συμπεριφορά του συστήματος μελετάται τόσο σε φαινόμενα μεγάλης χρονικής διάρκειας (24ωρο) όσο και σε μεταβατικές καταστάσεις. Προτείνεται μια συγκεκριμένη τεχνική ελέγχου της ροής ισχύος, η οποία εξασφαλίζει ευσταθή λειτουργία και αδιάλειπτη παροχή ισχύος στο φορτίο και αξιολογείται ο ρόλος των υπερπυκνωτών στο ισοζύγιο ισχύος, στην αποδοτική χρήση της κυψέλης καυσίμου και στην ποιότητα ισχύος του ζυγού ΣΡ.