Βέλτιστος προγραμματισμός χειρισμών αποθηκευτικών μέσων ιόντων λιθίου με ελαχιστοποίηση της γήρανσης

Δαμιανάκος, Γεώργιος; Damianakos, Georgios

dc.contributor.author	Δαμιανάκος, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Damianakos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2018-11-12T07:04:00Z
dc.date.available	2018-11-12T07:04:00Z
dc.date.issued	2018-11-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47985
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15618
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Μπαταρία ιόντων λιθίου	el
dc.subject	Lithium-Ion battery	en
dc.subject	Γήρανση μπαταρίας	el
dc.subject	Απώλεια χωρητικότητας	el
dc.subject	Μοντελοποίηση μπαταρίας	el
dc.subject	Ki.Ba.M	en
dc.subject	Στρατηγικές φόρτισης	el
dc.subject	Χάρτης γήρανσης	el
dc.subject	Βέλτιστη ροή φορτίου	el
dc.subject	Γραμμικοποίηση Taylor	el
dc.subject	Κριτήριο End of Life	el
dc.subject	Battery degradation	en
dc.subject	Capacity fade	en
dc.subject	Battery modelling	en
dc.subject	Charging strategies	en
dc.subject	Degradation maps	en
dc.subject	Optimal power flow	en
dc.subject	Taylor linearization	en
dc.subject	End of Life criterion	en
dc.title	Βέλτιστος προγραμματισμός χειρισμών αποθηκευτικών μέσων ιόντων λιθίου με ελαχιστοποίηση της γήρανσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/2062ae491f9df7b94c3af024eb007856ce9fc128
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-30
heal.abstract	Στις μέρες μας με την αυξανόμενη χρήση καινοτόμων τεχνολογιών, η μεταστροφή από τους συμβατικούς τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ανανεώσιμες πηγές γίνεται όλο και πιο έντονη. Στον διεθνή χάρτη παραγωγής ενέργειας οι ΑΠΕ, καταλαμβάνουν όλο και μεγαλύτερο ποσοστό επί του συνόλου παραγωγής. Η ροπή αυτή, έχει αναδείξει προβλήματα στην αποθήκευση που είχαν προβλεφθεί στο παρελθόν, μα τώρα κρίνεται πιο αναγκαίο από ποτέ να μελετηθούν και να αντιμετωπισθούν. Η μπαταρία ως αποθηκευτικό μέσο, παρουσιάζει περίπλοκες ιδιαιτερότητες που λόγω των υλικών και της αλληλεπίδρασής τους, καθιστούν την ελαχιστοποίηση της γήρανσής της μια πραγματική πρόκληση για τους μελετητές. Με την εισαγωγή των κυψελών ιόντων λιθίου πλέον και για βιομηχανική χρήση, η ανάγκη για την βελτιστοποίηση της απόδοσης και της ζωής του μέσου κρίνεται ζωτικής σημασίας. Στην παρούσα εργασία γίνεται μια απόπειρα αποτύπωσης βέλτιστων στρατηγικών φορτίσεων κι εκφορτίσεων μπαταριών λιθίου λαμβάνοντας υπόψιν τους μηχανισμούς γήρανσης τους. Για την επίτευξη του στόχου της εργασίας γίνεται μελέτη της ηλεκτροχημικής σύστασης της μπαταρίας ιόντων λιθίου, των παραγόντων που επηρεάζουν την υγεία και την απόδοσή τους και βιβλιογραφική ανασκόπηση κάποιων διαθέσιμων μοντέλων ερμηνείας τους. Επιλέγεται μοντέλο κατάλληλο για την περιγραφή των μπαταριών λιθίου το οποίο τροποποιείται με την χρήση του Ki.Ba.M ώστε να λαμβάνει υπόψιν τους μηχανισμούς γήρανσης. Για την αντιστοίχιση των μεγεθών λειτουργίας της μπαταρίας σε μεγέθη της φθοράς γίνεται χρήση των χαρτών γήρανσης. Έτσι δημιουργείται αλγόριθμος ελαχιστοποίησης της γήρανσης με την χρήση μοντελοποίησης της μπαταρίας και χάρτη γήρανσης. Η υλοποίηση γίνεται στο προγραμματιστικό περιβάλλον MATLAB με τα ανάλογα εργαλεία. Στόχος του η ελαχιστοποίηση γήρανσης της μπαταρίας εγκατεστημένης σε απλό δίκτυο με την ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής. Τα αποτελέσματα του αλγορίθμου συγκρίνονται με τις τιμές που προκύπτουν για την λειτουργία με περιορισμό της στάθμης φόρτισης και για την λειτουργία άνευ περιορισμών, ενώ διενεργείται και ανάλυση ευαισθησίας στον αλγόριθμο γήρανσης. Στην συνέχεια αναπτύσσεται αλγόριθμος για την επίλυση του προβλήματος βέλτιστης ροής φορτίου σε δίκτυο, για την ομαλή και πληρέστερη ενσωμάτωση του αλγορίθμου γήρανσης στα δίκτυα. Η ακρίβεια του αλγορίθμου OPF, διερευνάται με σύγκριση των αποτελεσμάτων από το εργαλείο MATPOWER για δίκτυα 6 και 33 ζυγών. Αφού διαπιστώνεται η αποδοτικότητά του, μετατρέπεται ώστε να χρησιμοποιηθεί σε βελτιστοποίηση πολλαπλών περιόδων. Τελικά με χρήση του συνδυασμένου αλγορίθμου OPF και ελαχιστοποίησης της γήρανσης παρουσιάζεται η συμπεριφορά και η γήρανση της μπαταρίας στα δίκτυα των 6 και 33 ζυγών και γίνεται σύγκριση με την πολιτική χειρισμών της μη χρήση του αλγορίθμου.	el
heal.abstract	In today’s era, industry’s proclivity to transform the energy production from conventional renewable energy sources is greater than ever. Changes in global energy production map show that renewable energy resources are gaining reputation against traditional fossil fuels, becoming a standard in certain applications. Growing demand for clean and abundant energy form a new energy footprint. This trend highlights risks that question storage units’ length of life and performance. These problems are known from the past decades, and had been accurately predicted, but now has become the time, for them to be precisely studied in order to be well considered. The necessity of energy storage has always been a drawback and it’s often a costly part for the system. Battery as a storage unit, suffers from complicated specificities, due to its composites’ and their interaction. Due to abnormalities, performance and expedient length of life might be highly affected by battery degradation. With recent introduction of the normalized use of Lithium-Ion battery cells in industrial application, the necessity of the optimization of their performance and the extension of the end of life of the storage unit has become essential. This dissertation, aims at the determination of optimized battery charging and discharging strategies taking in account the aging mechanisms and degradation processes. To accomplish this, the electrochemical composition and function of the Li-ion battery has been studied, along with the factors that affect health and performance. Α literature review has been carried out on several battery models in order to proceed to the selection of the most proper one. The selected model is accurate for lithium type batteries and it is being extended with Ki.Ba.M to capture the degradation processes of a battery. Finally, introducing degradation maps allows the association of individual controls with battery degradation A degradation minimization algorithm is created with the integration of battery modeling and degradation maps. It is implemented with Matlab programming environment and other tools. Its objective is to minimize the degradation of the battery placed in a simplified system while simultaneously minimizing the cost of energy production. The degradation results are compared with a SOC constrained a non SOC constrained strategy, while a sensitivity analysis of the degradation algorithm is carried out. In addition, an optimal power flow algorithm is created for the efficient integration of the degradation algorithm in a power systems’ control scheme. Efficiency of the created algorithm is measured by calculating the error of the results of its application on a 6-bus and 33-bus system, compared with those of MATPOWER tool. Afterward the algorithm is being edited in order to be used in a multi period optimization. Finally, combining the two algorithms created, OPF and minimization of battery degradation, degradation of batteries placed in the 6-bus and 33-bus systems is calculated and compared to the results from not using the proposed degradation algorithm.	en
heal.advisorName	Χατζηαργυρίου, ΝΙκόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Κορρές, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	178 σ.
heal.fullTextAvailability	false