Ανάλυση και Βελτιστοποίηση Σχεδιασμού Υβριδικού Υδροηλεκτρικού – Αιολικού Σταθμού, με δύο παράλληλα Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας: Αντλησιοταμίευση και Παραγωγή Υδρογόνου με Ηλεκτρόλυση

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η ανάλυση και βελτιστοποίηση υβριδικού (ΥΒΣ) υδροηλεκτρικού – αιολικού σταθμού παραγωγής ενέργειας στο μη – διασυνδεδεμένο σύστημα της Λέσβου, με δύο παράλληλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας: αντλησιοταμίευση και παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση. Πρωτεύον αποθηκευτικό σύστημα του σταθμού θεωρείται η αντλησιοταμίευση λόγω της υπάρχουσας σχετικής τεχνογνωσίας, της υψηλής απόδοσης του συστήματος και της ικανότητάς του να διαχειρίζεται μεγάλα ποσά ενέργειας. Δευτερεύον αποθηκευτικό σύστημα αποτελεί η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση, λόγω της μη τεχνολογικής της ωριμότητας, του υψηλού κόστους και του σχετικά χαμηλού βαθμού απόδοσής της. Η ηλεκτρόλυση του νερού για παραγωγή υδρογόνου επιλέχθηκε, ωστόσο, να ενταχθεί στον υπό εξέταση ΥΒΣ λόγω της επικείμενης ανάπτυξης της τεχνολογίας των διατάξεων ηλεκτρόλυσης, με συνεπακόλουθη μείωση του κόστους της, άλλα και λόγω του παγκόσμιου ενδιαφέροντος για το υδρογόνο ως το καύσιμο του μέλλοντος. Η ετήσια λειτουργία του προτεινόμενου ΥΒΣ προσομοιώνεται με τη χρήση υπολογιστικού κώδικα και εξάγονται αποτελέσματα τόσο για τις ενεργειακές, όσο και για τις οικονομικές του επιδόσεις. Επίσης, με τη χρήση λογισμικού βελτιστοποίησης, επιλέγεται η βέλτιστη διαστασιολόγηση των κύριων συνιστωσών του σταθμού με σκοπό την επίτευξη συγκεκριμένων οικονομικών ή/και ενεργειακών στόχων. Τα αποτελέσματα της εργασίας δείχνουν οτι ο προτεινόμενος ΥΒΣ αυξάνει τη διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) στο ενεργειακό ισοζύγιο του νησιού, ενώ σαν επένδυση προκύπτει εξαιρετικά ελκυστική. Αξιοσημείωτο συμπέρασμα της εργασίας είναι οτι με κατάλληλη τροποποίηση της κείμενης νομοθεσίας για τους ΥΒΣ, επιτρέπεται μεγαλύτερη παραγωγή υδρογόνου, γεγονός θετικό για την οικονομικότητα του υπό εξέταση σταθμού, χωρίς να επηρεάζονται αρνητικά οι ενεργειακές του επιδόσεις.

The subject of this diploma thesis is the analysis and optimization of a hybrid hydroelectric - wind power station in the non - interconnected Greek island of Lesvos, with two parallel systems of energy storage: pumped storage and hydrogen production by electrolysis. Primary storage system is the pumped storage because of the relevant existing know - how, the high performance of the system and its ability to manage large amounts of energy. Secondary storage system is the production of hydrogen by electrolysis, in the absence of its technological maturity, its high cost and its relatively low performance. Nevertheless, the water electrolysis for hydrogen production was chosen to be incorporated in the examined station due to the imminent development of the electrolysers’ technology, with a consequent reduction of their cost, but also because of the global interest in hydrogen, which is considered to be the fuel of the future. The annual operation of the proposed station is simulated by a calculating code, which extracts results for both its energy and financial performance. Also, by using optimization software, the optimal sizing of the main components of the station is selected, in order to achieve specific economic and/or energy goals. The results of the thesis show that the proposed station increases the penetration of Renewable Energy Sources (RES) in the energy balance of the island, while the investment appears to be extremely attractive. A remarkable conclusion of the thesis is that if the existing legislation for hybrid stations was modified, a greater production of hydrogen would be allowed, which is beneficial for the economy of the station, without adversely affecting its energy performance.