Αριθμητική μοντελοποίηση και διερεύνηση    λειτουργίας και ενεργειακής απόδοσης συστήματος πλωτήρα-εμβόλου για ανάκτηση και αποθήκευση κυματικής ενέργειας

Γώγουλος, Λουκάς; Gogoulos, Loukas

dc.contributor.author	Γώγουλος, Λουκάς	el
dc.contributor.author	Gogoulos, Loukas	en
dc.date.accessioned	2018-06-18T08:02:25Z
dc.date.available	2018-06-18T08:02:25Z
dc.date.issued	2018-06-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47059
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15452
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Kυματική	el
dc.subject	Ενέργεια	el
dc.subject	Αποθήκευση	el
dc.subject	Πλωτήρας	el
dc.subject	'Εμβολο	el
dc.subject	Wave	en
dc.subject	Eenergy	en
dc.subject	Storing	en
dc.subject	Buoy	en
dc.subject	Piston	en
dc.title	Αριθμητική μοντελοποίηση και διερεύνηση λειτουργίας και ενεργειακής απόδοσης συστήματος πλωτήρα-εμβόλου για ανάκτηση και αποθήκευση κυματικής ενέργειας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Κυματική Ενέργεια	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-03-12
heal.abstract	Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και αναλύεται η λειτουργία μηχανισμού εκμετάλλευσης κυματικής ενέργειας, ο οποίος περιγράφεται ως MP2PTO (multi-pump,multi-piston power take-off) και αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου Ocean Grazer [1]. Το δυναμικό κυματικής ενέργειας δύναται να καλύψει μεγάλο μέρος της παραγωγής ενέργειας και να αντικαταστήσει σημερινές συμβατικές πηγές ενέργειας. Τεχνολογίες που αποσκοπούν στην εκμετάλλευση τέτοιας μορφής ενέργειας σχεδιάζονται και αναπτύσσονται από τις τελευταίες δεκαετίες του 20ου αιώνα. Ωστόσο, δεν έχει καταφέρει κάποια από αυτές τις τεχνολογίες να επικρατήσει ως προς την εμπορική αξιοποίηση της, όπως συμβαίνει με αντίστοιχες τεχνολογίες που αξιοποιούν άλλες μορφές Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Εν προκειμένω, ο μηχανισμός που μελετάται εδώ έχει ως στόχο την απορρόφηση ενέργειας από θαλάσσιο κυματισμό. Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από διάταξη εμβολοφόρων αντλιών, η οποία συνδέεται μέσω ράβδων μεγάλου μήκους με στρώμα πλωτήρων στην επιφάνεια της θάλασσας. Η διάταξη αυτή τοποθετείται μέσα σε κατασκευή που βρίσκεται στο πυθμένα της θάλασσας ανάμεσα σε δύο δεξαμενές σε διαφορετικό βάθος, ενώ κάθε έμβολο κινείται εντός κυλίνδρου, που συνδέει τις δεξαμενές αυτές. Η ενέργεια που αποσπούν από το κύμα οι πλωτήρες μεταφέρεται στην διάταξη αντλιών και από εκεί στο εργαζόμενο ρευστό ως υδραυλική ενέργεια, η οποία στη συνεχεία είτε μετατρέπεται απευθείας από υδροστρόβιλο σε μηχανικό έργο είτε αποθηκεύεται στην άνω δεξαμενή. Στη παρούσα εργασία μοντελοποιείται απλουστευμένη διάταξη ενός πλωτήρα, μιας αντλίας και ενός εμβόλου, έτσι ώστε τα συμπεράσματα που θα εξαχθούν να συνεισφέρουν σε μελλοντικές έρευνες, οι οποίες θα εξετάζουν την λειτουργία ολόκληρου του μηχανισμού. Για τη μοντελοποίηση της διάταξης αυτής αναλύεται η κατακόρυφη παλινδρόμηση του πλωτήρα, που προκαλείται από κυματισμό συγκεκριμένων χαρακτηριστικών, καθώς και του εμβόλου. Αφού προσδιοριστούν οι μαθηματικές σχέσεις που περιγράφουν τις κινήσεις αυτές, σύμφωνα με προηγούμενη ερευνητική εργασία [2], προγραμματίζονται σε γλώσσα προγραμματισμού fortran και προσομοιώνεται αριθμητικά η λειτουργία του μηχανισμού. Τα αποτελέσματα που εξάγονται δεν αφορούν μόνο τη κίνηση κάθε στοιχείου της διάταξης, αλλά και τις δυνάμεις, που ασκούνται στο κάθε στοιχείο, καθώς και τις ενεργειακές αποδόσεις και υδραυλικές απώλειές του. Ως εργαζόμενο μέσο στο κλειστό δίκτυο των δυο δεξαμενών χρησιμοποιείται υδραυλικό ρευστό HFC, το οποίο έχει ως βάση το νερό, αλλά μεγαλύτερη συνεκτικότητα. Η παλινδρομική κίνηση ενός πλωτήρα αναφοράς, που μελετήθηκε, δεν παρουσιάζει μεγάλη απόκλιση από την κίνηση του κυματισμού, με περίπου ίσο πλάτος ταλάντωσης και αμελητέα διαφορά φάσης. Η ενεργειακή απόδοση του μηχανισμού διάταξης ενός πλωτήρα-εμβόλου είναι αρκετά μικρή συγκριτικά με το ενεργειακό δυναμικό του κυματισμού. Ωστόσο υπάρχει περιθώριο για ανάκτηση μεγαλύτερων ποσών ενέργειας από μηχανισμό πολλαπλών πλωτήρων-εμβόλων, όπως προτείνεται και από άλλες ερευνητικές εργασίες [2]. Τα αποτελέσματα της εργασίας μπορούν να βοηθήσουν στην περαιτέρω και πιο διεξοδική έρευνα της λειτουργίας του μηχανισμού.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is studying and modeling a novel wave energy converter (WEC) termed as MP2PTO (Multi-pump, multi-piston power take-off), which is developed for use with Ocean Grazer [1]. Sea wave’s energy could fulfill vast amounts of global energy consumption and replace conventional energy sources. However, technologies which can harvest wave energy are in early stages of development and they haven’t been able to compete, in terms of efficiency and economic viability, with other renewable energy source’s technologies. Moreover, none of these technologies has prevailed or reached commercial form yet. MP2PTO device is designed to transfer a group of oscillating buoys motion, which is caused by sea wave’s motion, to multi-pistons pumps via a connecting rod. Every piston pumps working fluid in a closed circuit consisting of an upper and a lower reservoir. Working fluid is stored as potential energy in upper reservoir and can be converted in electricity via hydro-turbines. The device which is modeled in the current thesis consists of a single-piston pump connected with a single buoy. This device modeling requires mathematical analysis of oscillating buoy and piston’s vertical motion. Sea wave and device’s parameters and characteristics are determined by previous research [2]. Programming language fortran is used for programming and numerical simulation of device’s performance. Every device’s component motion and acted forces are considered during numerical simulation. A water-based hydraulic fluid HFC is used as working fluid due to its high viscosity. Reference buoy’s oscillatory motion doesn’t differ much from sea wave’s motion since their amplitudes are almost equal and they have almost zero phase difference. Device’s energy efficiency isn’t satisfactory, considering sea wave’s energy flux. However, a device consisting of multi-piston pumps and several buoys could harvest much greater energy, as it is proposed by previous work [2]. This paper’s results provide helpful information for more thorough study and analysis of MP2PTO performance in future works.	en
heal.advisorName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παπαντώνης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true