Εξεργειακή και οικονομική ανάλυση συστημάτων ηλιακά τροφοδοτούμενου Οργανικού Κύκλου Rankine με χρήση γενετικού αλγόριθμου πολυ-βελτιστοποίησης

Λουμπάρδης, Γεώργιος; Loumpardis, Georgios

dc.contributor.author	Λουμπάρδης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Loumpardis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2018-12-06T12:16:10Z
dc.date.available	2018-12-06T12:16:10Z
dc.date.issued	2018-12-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48233
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15971
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	ΟRC	el
dc.subject	Γενετικός αλγοριθμός	el
dc.subject	Ηλιακοί συλλέκτες	el
dc.subject	Εξέργεια	el
dc.subject	Πρωτογενής ενέργεια	el
dc.title	Εξεργειακή και οικονομική ανάλυση συστημάτων ηλιακά τροφοδοτούμενου Οργανικού Κύκλου Rankine με χρήση γενετικού αλγόριθμου πολυ-βελτιστοποίησης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	ORC,	el
heal.classification	Ηλιακοί συλλέκτες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-01
heal.abstract	Η συνεχής αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και η εξάντληση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων σε συνδυασμό με το δεδομένο αρνητικό τους αντίκτυπο στο περιβάλλον έχουν στρέψει το ενδιαφέρον προς εναλλακτικές μορφές διεσπαρμένης παραγωγής ενέργειας. Μια από τις πιο δημοφιλείς τεχνολογίες προς αυτή την κατεύθυνση είναι ο Οργανικός Κύκλος Rankine (ORC), ο οποίος δύναται να εκμεταλλευθεί πηγές θερμότητας πολύ χαμηλής θερμοκρασίας. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η απόδοση ενός συστήματος ORC μικρής κλίμακας χαμηλής θερμοκρασίας, τροφοδοτούμενο από ηλιακούς συλλέκτες για εφαρμογή στην περιοχή της Νοτιοανατολικής Μεσογείου. Στα πλαίσια της μελέτης αξιολογήθηκαν πολλαπλά σενάρια συστημάτων, ως προς το εργαζόμενο μέσο, την περιοχή εγκατάστασης των συλλεκτών και των τύπο αυτών. Για κάθε σενάριο αναπτύχθηκε και εκτελέστηκε πολυ-παραμετρικός γενετικός αλγόριθμος για τη βελτιστοποιήση της περιόδου αποπληρωμής και της εξεργειακής απόδοσης τους εκάστοτε συστήματος ως προς την συλλεκτική επιφάνεια και τον όγκο του δοχείου αποθήκευσης ενέργειας για ετήσια προσομοίωση λειτουργίας με ωριαία δεδομένα. Τα αποτελέσματα των γενετικών αλγορίθμων έδειξαν ότι η μεγιστοποίηση της απόδοσης των συστημάτων σε όλες τις περιπτώσεις επιτυγχανόταν για τον ελάχιστο όγκο δοχείου αποθήκευσης, καθώς η παραγόμενη ενέργεια συνέφερε να διοχετεύεται στο δίκτυο άμεσα. Από την άλλη πλευρά, η συσχέτιση με την επιφάνεια των συλλεκτών ήταν πιο σύνθετη και άμεσα επηρεαζόμενη από τις κλιματικές συνθήκες της εκάστοτε πόλης. Η μέγιστη εξεργειακή απόδοση του ζεύγους ηλιακοί συλλέκτες-ORC ήταν της τάξης του 6.2% και σημειώθηκε στην Αθήνα χρησιμοποιώντας R245fa σαν εργαζόμενο μέσο και επίπεδους συλλέκτες. Από την άλλη πλευρά η βέλτιστη περίοδος αποπληρωμής με τιμή ίση με 11.9 έτη σημειώθηκε για την πόλη της Λάρνακας, με εργαζόμενο μέσο το R152a και συλλέκτες παραβολικού κατόπτρου. Επιπλέον, η εξοικονόμηση ενέργειας που συνεπάγεται η λειτουργία του ORC ανάχθηκε σε εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας για την καλύτερη επισκόπηση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η μέγιστη εξοικονόμηση σημειώθηκε σε όλες τις πόλεις με εργαζόμενο μέσο το R152a και για το μέγιστο αριθμό συλλεκτών.	el
heal.abstract	The continuous increase in the energy demand, the reduction on thefossil fuels reservoirs as well as their malevolent impact on the environment has turned interest towards more “green” alternatives for decentralized power production. Among these technologies one of the most well-established is the Organic Rankine Cycle (ORC), which is able to exploit very low grade heat sources. In this study, the performance of a small scale low temperature solar driven ORC was investigated for application in South-East Mediterranean region. The study included the assessment of multiple scenarios, in terms of the working fluid, the site of installation and the solar collector’s type. For each scenario a multi-objective genetic algorithm was developed and executed in order to optimize the payback period and the mean exergy efficiency for each solar driven ORC for an annual operation using an hourly step. The optimization variables were the solar field area and the heat storage tank’s capacity. The results indicated that the optimum was located for all scenarios in the minimum heat storage tank capacity, which practically meant that it is better to feed all the produced electricity directly to the grid. On the other hand, the correlation between the solar field area and the optimization parameters was more complicated and was directly connected to the climatic conditions of each considered location. The maximum exergy efficiency among the considered scenarios, was in the range of 6.2% for an flat plate collectors’ driven ORC using R245fa as working fluid. The minimum payback period was reported for the case of Larnaca, using parabolic trough collectors and R152a as the ORC’s fluid. Finally, for a more broad comparison of the system’s results, the annual energy production of the ORC was translated in primary energy savings. For this analysis, it was observed that in all cities R152a was achieving the highest savings for the maximum area of the solar field.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	117
heal.fullTextAvailability	true