Τεχνοοικονομική ανάλυση για την διαστασιολόγηση μικρών αποκεντρωμένων συστημάτων τηλεθέρμανσης με συμπαραγωγή

Abstract

Σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η μελέτη της ανάπτυξης μικρών αποκεντρωμένων συστημάτων τηλεθέρμανσης με συμπαραγωγή. Τα μικρά αποκεντρωμένα συστήματα τηλεθέρμανσης αποτελούν σημαντική καινοτομία στον κλάδο της ηλεκτροπαραγωγής καθώς δίνουν την δυνατότητα της αποκεντροποίησης αυτής και της αποδοτικότερης ενεργειακής κάλυψης φέρνοντας τις κοινωνίες ένα βήμα πιο κοντά στην αειφόρο ανάπτυξη. Η επιλογή της συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας ως μέσο παραγωγής της ενέργειας των συστημάτων αυτών καθιστά πιο δυνατή την επίτευξη του παραπάνω στόχου. Για τους λόγους που αναφέρθηκαν, αναπτύχθηκε υπολογιστικό εργαλείο διαστασιολόγησης και οικονομικής αξιολόγησης τέτοιων συστημάτων. Η βάση δεδομένων του υπολογιστικού αυτού εργαλείου περιλαμβάνει δεδομένα θερμικών καταναλώσεων για τρεις διαφορετικούς τύπους κτιρίων σε δέκα διαφορετικές ελληνικές πόλεις όπως επίσης λίστες εμπορικών μοντέλων με τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά τους για κάθε τεχνολογικό στοιχείο του συστήματος τηλεθέρμανσης. Η διαστασιολόγηση πραγματοποιείται για κάθε τεχνολογικό στοιχείο συμπεριλαμβανομένων της μονάδας συμπαραγωγής, του συστήματος σωληνώσεων, των εναλλακτών θερμότητας των υποσταθμών, της θερμοδεξαμενής και του λέβητα αιχμής μέσω ανάλογης υπολογιστικής διαδικασίας. Ακολούθως πραγματοποιείται ο υπολογισμός των ρύπων, η ανάλυση κόστους και στην συνέχεια η οικονομική αξιολόγηση της εν λόγω επένδυσης. Μελετήθηκε έτσι η οικονομική τους βιωσιμότητα και ανταγωνιστικότητα έναντι της συμβατικής περίπτωσης σύνδεσης του πελάτη κατευθείαν με το δίκτυο φυσικού αερίου και επομένως κατά πόσο τέτοιου είδους επενδύσεις μπορούν να ευημερήσουν στον ελλαδικό χώρο. Επιπλέον, από τη μελέτη όλων των σεναρίων, έγινε μια εκτενέστατη έρευνα της επίδρασης της μεταβολής διάφορων σχεδιαστικών παραμέτρων των συστημάτων τηλεθέρμανσης – συμπαραγωγής μικρής κλίμακας στην επιτυχή λειτουργία του συστήματος και την κερδοφορία αυτού. Έτσι, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση της πιθανής ενσωμάτωσης τους σε εθνικά ηλεκτρικά δίκτυα με σκοπό την αποφόρτιση της κεντρικής ηλεκτροπαραγωγής. Τέλος, για τα συστήματα τηλεθέρμανσης-συμπαραγωγής που εξετάσθηκαν, αναπτύχθηκε υπολογιστικό εργαλείο που συμβάλλει στη διερεύνηση και εξαγωγή συμπερασμάτων, σχετικά με την ενεργειακή και οικονομική αποδοτικότητα, προσαρμοζόμενο στις εκάστοτε επιθυμητές συνθήκες.

The aim of this Diploma Thesis is studying the development of small decentralized district heating cogeneration systems. Small decentralized district heating systems render a great innovation in the energy sector because they enable the decentralization of power production and the more efficient coverage of energy demands, bringing communities one step closer to sustainable development. The selection of cogeneration of heat and electricity as the means of energy production of these systems renders the above goal more easily achieved. For the purposes mentioned, a computational tool was developed which is used for the dimensioning and the economic evaluation of these systems. The data base of this computational tool includes data for the thermal consumption of three different types of buildings in ten different Greek cities as well as lists of commercial models for all the basic technological elements of the district heating system. The dimensioning is performed for each technological element including the chp unit, the pipeline system, the heat exchangers of the substations, the storage tank and the backup boiler through the respective computational process. What is more, the emissions’ calculation and the cost analysis of the system are performed followed by the economic evaluation of the investment. Thus, the economic viability and competitiveness of these systems over the conventional case of direct connection of customers to the natural gas grid were examined and as a result whether such investments can prosper in Greece. Furthermore, the analysis of all studied scenarios enabled the extensive investigation of the effect of the variation of different design parameters of small district heating systems to their successful operation and profitability. Therefore, an investigation was performed, of the possible integration of these systems to the national electricity grid in order to discharge central power production. In conclusion, for the district heating chp systems that were tested, a computational tool was developed that contributes into investigating and arriving in conclusions on the energy and economic efficiency of such systems, being able to adjust to the different desired conditions.