Σκοπιμότητα και δυνατότητες χημικής αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειες σε 
σύστηματα ηλεκτροπαραγωγής

Αρσενόπουλος, Απόστολος; Arsenopoulos, Apostolos

dc.contributor.author	Αρσενόπουλος, Απόστολος	el
dc.contributor.author	Arsenopoulos, Apostolos	en
dc.date.accessioned	2017-10-31T10:44:28Z
dc.date.available	2017-10-31T10:44:28Z
dc.date.issued	2017-10-31
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45866
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7611
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας	el
dc.subject	Οικονομία	el
dc.subject	Χημική αποθήκευση	el
dc.subject	Μπαταρίες	el
dc.subject	Αντλίες	el
dc.subject	Energy	en
dc.subject	Gams	en
dc.subject	Batteries	en
dc.subject	Power to gas	en
dc.subject	Pumps	en
dc.title	Σκοπιμότητα και δυνατότητες χημικής αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειες σε σύστηματα ηλεκτροπαραγωγής	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/df805429f6823d1d7321bcb6d64c21695e3fa92e
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-09
heal.abstract	Ένα σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελείται από συμβατικές μονάδες παραγωγής όπως είναι οι λιγνιτικές, οι πετρελαϊκές και οι μονάδες φυσικού αερίου και από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (Α.Π.Ε.) όπως είναι τα φωτοβολταϊκά, τα αιολικά και τα υδροηλεκτρικά. Αυτές οι δύο κατηγορίες μονάδων συνεργάζονται αρμονικά με σκοπό να εξυπηρετήσουν τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας των τελικών καταναλωτών. Η βασική διαφορά τους έγκειται στο γεγονός ότι οι συμβατικές μονάδες παραγωγής έχουν τη δυνατότητα να λειτουργούν καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας, όλο το χρόνο, με ισχύ που διαμορφώνεται ανάλογα με τις απαιτήσεις του δικτύου. Όταν το φορτίο του συστήματος είναι χαμηλό, η ισχύς και κατά συνέπεια η παραγόμενη ενέργεια των θερμικών μονάδων μειώνεται επίσης, ενώ όταν το φορτίο είναι υψηλό, η ισχύς των συμβατικών μονάδων αγγίζει τα μέγιστα επιτρεπτά όριά της. Αντίθετα, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, λόγω της άμεσης εξάρτησής τους από τις καιρικές συνθήκες, δεν είναι σε θέση να παράγουν ενέργεια όποτε τους ζητηθεί. Κατά συνέπεια, εάν το φορτίο του συστήματος κυμαίνεται σε τέτοια επίπεδα ώστε να μπορεί να εξυπηρετηθεί εξ ολοκλήρου από τις συμβατικές μονάδες (ή από τις συμβατικές μονάδες και από ένα τμήμα της παραγωγής των Α.Π.Ε.), τότε η ανανεώσιμη ενέργεια του δικτύου δεν μπορεί να αξιοποιηθεί αποδοτικά και περικόπτεται. Με τον τρόπο αυτό, μειώνεται η διείσδυση των Α.Π.Ε. στο δίκτυο, αυξάνονται οι περικοπές παραγωγής «πράσινης ενέργειας» και ενισχύεται η εξάρτηση του συστήματος από τη διαθεσιμότητα των ορυκτών καυσίμων. Σε περιπτώσεις όπως αυτή που περιγράφτηκε παραπάνω, η παρουσία των αποθηκευτικών μονάδων στο δίκτυο καθίσταται απολύτως αναγκαία. Το βασικότερο χαρακτηριστικό των αποθηκευτικών μονάδων που γνωρίζουμε μέχρι σήμερα είναι πως απορροφούν στην είσοδό τους ηλεκτρική ενέργεια για να επιτελέσουν μια λειτουργία. Η λειτουργία αυτή μπορεί να είναι η δέσμευση αέρα από το περιβάλλον και η συμπίεσή του, η δημιουργία μαγνητικού πεδίου μεταξύ δύο κατάλληλα τοποθετημένων μαγνητών και πολλά άλλα, τα οποία αναλύονται στην παρούσα εργασία. Για το σκοπό αυτό οι αποθηκευτικές μονάδες διακρίνονται ανάλογα με τη μορφή με την οποία αποθηκεύουν την ηλεκτρική ενέργεια σε ηλεκτρομαγνητικές, ηλεκτρομηχανικές και ηλεκτροχημικές. Σε κάθε περίπτωση όμως, οι λειτουργίες που επιτελούν οι αποθηκευτικές μονάδες του δικτύου αποσκοπούν στην αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας (είτε ως ηλεκτρικής είτε μέσω μετατροπής της σε άλλη μορφή) και στην μετέπειτα τροφοδότηση του δικτύου με την αποθηκευμένη ενέργεια, όταν παραστεί κάποια ανάγκη όπως είναι μια αιχμή φορτίου. Η ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδότηση των αποθηκευτικών μονάδων προέρχεται από τη λειτουργία των Α.Π.Ε. του δικτύου και πιο συγκεκριμένα από τη λειτουργία των αιολικών και των φωτοβολταϊκών. Με άλλα λόγια, όταν τα αιολικά και τα φωτοβολταϊκά του δικτύου παράγουν ενέργεια η οποία δεν μπορεί να αξιοποιηθεί για την τροφοδότηση του ηλεκτρικού φορτίου, τότε η ενέργεια αυτή αποθηκεύεται και χρησιμοποιείται από το δίκτυο όταν παραστεί ανάγκη. Με τον τρόπο αυτό αυξάνεται η διείσδυση των Α.Π.Ε. στο σύστημα, μειώνονται οι περικοπές παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας, οι συμβατικές μονάδες λειτουργούν με σταθερή ισχύ, η οποία δεν συμβαδίζει με τις μεταβολές του φορτίου και μειώνεται σημαντικά η εξάρτηση του συστήματος από τα αποθέματα των ορυκτών καυσίμων. Στην παρούσα εργασία εξετάζονται 3 συστήματα αποθήκευσης, οι μπαταρίες, οι μονάδες Power to Gas και η αντλησιοταμίευση. Οι μπαταρίες απορροφούν ηλεκτρική ενέργεια και την αποθηκεύουν ως χημική. Όταν οι ανάγκες του δικτύου το απαιτήσουν, η αποθηκευμένη χημική ενέργεια των μπαταριών μετατρέπεται εκ νέου σε ηλεκτρική και χρησιμοποιείται για την εξυπηρέτηση του φορτίου. Οι μονάδες Power to Gas αποτελούνται από έναν ηλεκτρολύτη και έναν μεθανοποιητή. Ο ηλεκτρολύτης απορροφά ηλεκτρική ενέργεια στην είσοδό του, πραγματοποιεί ηλεκτρόλυση του νερού και αποστέλλει το παραγόμενο υδρογόνο στον μεθανοποιητή. Ο μεθανοποιητής συμβάλει στην αντίδραση του υδρογόνου με CO2 ώστε να παραχθεί στην έξοδό του συνθετικό αέριο. Παρακάτω στην παρούσα εργασία, αναλύονται εκτενώς όλες οι πιθανές τεχνικές ηλεκτρόλυσης και μεθανοποίησης. Συνοπτικά, οι μονάδες PtG απορροφούν ηλεκτρική ενέργεια στην είσοδό τους και παράγουν συνθετικό αέριο στην έξοδό τους. Το συνθετικό αέριο αποτελεί μια μορφή καθαρού μεθανίου, δεν επιβαρύνει το περιβάλλον με εκπομπές CO2 (όση ποσότητα CO2 καταναλώνεται κατά τη σύνθεσή του, τόση απελευθερώνεται στο περιβάλλον κατά την καύση του) και χρησιμοποιείται για την εξυπηρέτηση της ζήτησης συνθετικού αερίου των τελικών καταναλωτών αλλά και ως καύσιμο στις υφιστάμενες μονάδες φυσικού αερίου, υποκαθιστώντας το φυσικό αέριο και την όποια περιβαλλοντική επιβάρυνση προκαλεί το τελευταίο. Στην αντλησιοταμίευση οι ηλεκτρικές αντλίες του δικτύου απορροφούν στην είσοδό τους ηλεκτρική ενέργεια με στόχο να μεταφέρουν νερό από κάποιον υδάτινο σχηματισμό (ποτάμι, λίμνη κτλ) σε έναν ταμιευτήρα νερού που βρίσκεται τοποθετημένος αρκετά μέτρα πάνω από τον αρχικό υδάτινο σχηματισμό. Το νερό του ταμιευτήρα χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως καύσιμο στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς του δικτύου. Καθένα από τα συστήματα αυτά αναλύεται διεξοδικά, μελετάται η αλληλεπίδρασή τους με το υφιστάμενο δίκτυο, πραγματοποιούνται συγκρίσεις με σκοπό να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με τη λειτουργία τους και παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του καθενός. Τέλος παρουσιάζονται κάποιες προοπτικές μελλοντικής έρευνας που θα καταστήσουν τις αποθηκευτικές μονάδες αδιάσπαστο κομμάτι των ηλεκτρικών δικτύων παραγωγής ενέργειας.	el
heal.advisorName	Κάπρος, Παντελής	el
heal.committeeMemberName	Κάπρος, Παντελής	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργιλάκης, Παύλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true