Ανάπτυξη αλγορίθμου για προσομοίωση και βέλτιστο σχεδιασμό αυτόνομου συστήματος αφαλάτωσης τροφοδοτούμενο από υβριδικό σύστημα Α.Π.Ε. με αντλησιοταμίευση

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας αποτελεί η ενεργειακή προσομοίωση και η τεχνοοικονομική βελτιστοποίηση αυτόνομου υβριδικού συστήματος αφαλάτωσης. Το υπό μελέτη σύστημα συνίσταται από μια μονάδα αφαλάτωσης αντίστροφης ώσμωσης, η οποία τροφοδοτείται αποκλειστικά από υβριδικό σύστημα τεχνολογιών εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Το υβριδικό αυτό σύστημα αποτελείται από ανεμογεννήτριες και συστοιχίες φωτοβολταϊκών, καθώς και από διάταξη αντλησιοταμίευσης που λειτουργεί ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας. Βασικό μέρος της εργασίας αποτέλεσε η προσομοίωση του πλήρους συστήματος. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε υπολογιστικός κώδικας, ο οποίος με χρονικό βήμα προσομοίωσης τη μία ώρα και έχοντας ως δεδομένα εισόδου χρονοσειρές μετεωρολογικών δεδομένων, είναι σε θέση προσομοιώσει τη λειτουργία συστήματος συγκεκριμένης διαστασιολόγησης για το χρονικό διάστημα ενός έτους. Επίσης, εξάγει τις τιμές διάφορων υπολογιζόμενων τεχνοοικονομικών μεγεθών, βάσει των οποίων αξιολογείται το συγκεκριμένο σύστημα. Από τη προσομοίωση του συστήματος, καταλήγουμε σε γενικά συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση των υποσυστημάτων του τόσο στη λειτουργία και την απόδοση του όσο και στη μεταξύ τους συνεργασία. Στη συνέχεια, θέλοντας να αποφανθούμε για τους βέλτιστους συνδυασμούς σχεδιαστικών παραμέτρων του συστήματος (π.χ. εγκατεστημένη ισχύς ανεμογεννητριών, εγκατεστημένη ισχύς μονάδας αφαλάτωσης, χωρητικότητα δεξαμενής πόσιμου νερού) και κάνοντας χρήση κατάλληλου λογισμικού, βελτιστοποιούμε το σύστημα ως προς συγκεκριμένους στόχους-δείκτες αξιολόγησης, όπως το κόστος παραγωγής πόσιμου νερού και το ποσοστό ικανοποίησης των ετήσιων αναγκών σε πόσιμο νερό. Έτσι, προκύπτουν συγκεκριμένα βέλτιστα συστήματα, για δύο ενδεικτικά νησιά του Αιγαίου, μεσαίου και μεγάλου μεγέθους, με ανάλογες ανάγκες. Τέλος, εξετάζεται αν και υπό ποιες προϋποθέσεις η εφαρμογή ενός τέτοιου συστήματος αποτελεί μια, λειτουργικά και οικονομικά, βιώσιμη λύση για τις περιοχές που πλήττονται από λειψυδρία.

Subject of this diploma thesis is the energy simulation and techno-economic optimization of a stand-alone hybrid desalination system. The considered system consists of a reverse osmosis desalination unit, which is powered exclusively by hybrid technologies of renewable energy sources. The hybrid system consists of photovoltaic arrays and wind turbines, and has a pumpedstorage subsystem as a means of energy storage. The basic aim of the present work was the numerical simulation of the whole system. To this end, a calculating code is developed which using time step of an hour and having as input time series of meteorological data, is able to simulate the operation of the system with any specific dimensioning for a period of one year. In addition, the calculating code has the ability to export the values of various techno-economic quantities, under which the specific system is being evaluated. From the simulation of the system, we arrived at general conclusions about the effect of its subsystems not only in the operation and the performance of the system but also in their cooperation and independence. Then, in order to decide about the best combinations of the system design parameters (e.g. installed wind turbines power, installed desalination unit power, potable water tank capacity) and using appropriate optimization software, the system is being optimized to specific objectivesevaluation indicators, as the production cost of drinking water and the degree of satisfaction of annual demands for potable water. Two different systems are specifically optimized for two indicative islands of medium and high level needs. Finally, it is considered whether and under what conditions the implementation of such a system is functionally and economically viable solution for areas affected by drought.