Αξιολόγηση συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας με έμφαση στη χρήση υδρογόνου

Καντάρης-Τζαβέλλας, Σταμάτης Μάριος; Kantaris-Tzavellas, Stamatis Marios

dc.contributor.author	Καντάρης-Τζαβέλλας, Σταμάτης Μάριος	el
dc.contributor.author	Kantaris-Tzavellas, Stamatis Marios	en
dc.date.accessioned	2021-09-06T09:18:46Z
dc.date.available	2021-09-06T09:18:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53797
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21495
dc.rights	Default License
dc.subject	Υδρογόνο	el
dc.subject	Hydrogen	en
dc.subject	Ασφάλεια	el
dc.subject	ΑΠΕ	el
dc.subject	Ηλεκτροπαραγωγή	el
dc.subject	Μελέτη	el
dc.subject	Safety	en
dc.subject	RES	en
dc.subject	Electrical energy production	en
dc.subject	Test case	en
dc.title	Αξιολόγηση συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας με έμφαση στη χρήση υδρογόνου	el
dc.title	Evaluation of energy storage systems using hydrogen	en
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, με ειδίκευση και έμφαση στη χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου του μέλλοντος. Αφετηρία αυτής της αναζήτησης στάθηκε το γεγονός πως είναι πλέον πιο ορατό από ποτέ το ενδεχόμενο εξάντλησης των ορυκτών πόρων δεδομένης της υπερκατανάλωσης τους, καθώς και της ραγδαίας αύξησης των ενεργειακών αναγκών στον πλανήτη λόγω της ανάπτυξης της βιομηχανίας και του υπερπληθυσμού. Ταυτόχρονα, έχει καταστεί κοινώς αποδεκτό το τεράστιο οικολογικό πρόβλημα που απορρέει από τη χρήση των ορυκτών καυσίμου, με το φαινόμενο του θερμοκηπίου να χρήζει πλέον άμεσης αντιμετώπισης, κάτι που επιτυγχάνεται με τη στροφή της βιομηχανίας και της ενεργειακής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Βέβαια, παρά το γεγονός πως η ‘’πράσινη λύση’’ των ΑΠΕ έχει σαφώς πολλαπλά οφέλη, δε θα μπορούσε να μη διέπεται και από έντονα προβλήματα που εμποδίζουν μέχρι αυτή τη στιγμή την περαιτέρω διείσδυσή τους στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα πιο συχνά από αυτά είναι η μεταβλητότητα της ισχύος και η διαλειπτότητα που τις χαρακτηρίζει, δεδομένου πως οι φυσικές πηγές ενέργειας βάσει των οποίων δουλεύουν οι ΑΠΕ λειτουργούν μόνο σε συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες(για παράδειγμα τα φωτοβολταϊκά λειτουργούν μόνο τη μέρα και οι ανεμογεννήτριες μόνο αν η ισχύς του ανέμου είναι ικανοποιητική). Η λύση σε αυτά τα προβλήματα δίνεται μέσω της χρήσης διαφόρων τρόπων αποθήκευσης ενέργειας, όπως μπαταρίες, σφόνδυλοι, πηνία, πυκνωτές, το ενδιαφέρον όμως σε αυτή την εργασία επικεντρώνεται στη χρήση του υδρογόνου. Οι λόγοι αυτής της επιλογής είναι οι αδιαμφησβήτητες προοπτικές του υδρογόνου όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας, καθώς και οι δυνατότητες διαχείρισης υψηλών τιμών ισχύος, ενώ ταυτόχρονα λειτουργώντας επικουρικά σαν αποθηκευτικό μέσο στην ηλεκτροπαραγωγή εξασφαλίζει τόσο την κάλυψη την ενεργειακής ζήτησης σε στιγμές αιχμής όσο και υψηλή αποδοτικότητα. Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι να αναδειχθεί η υπεροχή του υδρογόνου έναντι των άλλων αποθηκευτικών μέσων για χρήση του σε υβριδικά συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε απομακρυσμένες ή εκτός δικτύου περιοχές. Η μελέτη βασίστηκε πρωτίστως στη διερεύνηση της κάλυψης του φορτίου στην εκάστοτε περιοχή μέσω του υδρογόνου στις περιπτώσεις μη λειτουργίας των ΑΠΕ, στο οικονομικό κομμάτι με σύγκριση των υπαρχόντων δομών παραγωγής ενέργειας με το υβριδικό σύστημα ΑΠΕ-υδρογόνου ή ΑΠΕ-μπαταριών-υδρογόνου και τέλος, στην εξέταση μείωσης των εκπομπών ρύπων και αερίων του θερμοκηπίου. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με την περίπτωση μελέτης εγκατάστασης συστήματος αιολικού-υδρογόνου στην Κάρπαθο, ώστε να εξεταστεί η οικονομική βιωσιμότητα μιας τέτοιας επένδυσης στο συγκεκριμένο νησί.	el
heal.classification	Βιομηχανικές εγκαταστάσεις	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-30
heal.abstract	Η ολοένα και αυξανόμενη ζήτηση και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο έχει οδηγήσει στην δραματική αύξηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, χωρίς μάλιστα να υπάρχει ταυτόχρονη αύξηση της αποδοτικότητας. Οι λόγοι αυτοί επιτάσσουν την εύρεση νέων μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και φανερώνουν την ανάγκη περαιτέρω ώθησης στην αναδυόμενη οικονομία των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), με στόχο την αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων και τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος στο εγγύς μέλλον. Ωστόσο, η έντονη διαλειπτότητα και στοχαστικότητα που χαρακτηρίζει τα συστήματα ΑΠΕ δημιουργεί προβλήματα μεταβλητότητας ισχύος και απόδοσης, οπότε κρίνεται επιτακτική η ανάγκη ύπαρξης συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, τόσο βραχυπρόθεσμης όσο και μακροπρόθεσμης. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μια συνοπτική αποτίμηση των συστημάτων αυτών και εστιάζει στην ανάλυση των μεθόδων αποθήκευσης, παραγωγής και διανομής του υδρογόνου το οποίο, παρά τα προβλήματα ασφαλείας που απορρέουν από τη χρήση του, έχει τη δυνατότητα και τις προοπτικές ως καύσιμο του μέλλοντος να αποτελέσει κομμάτι υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας, με μελλοντικό στόχο την ύπαρξη συστημάτων αποτελούμενων από 100% ΑΠΕ. Η μελέτη επικεντρώνεται σε τέτοιου είδους συστήματα σε απομακρυσμένες περιοχές εκτός δικτύου ανά τον κόσμο με εφαρμογή διαφόρων επιλογών ηλεκτροπαραγωγής. Τέλος, επιχειρείται μια προσπάθεια μελέτης στην Κάρπαθο, ώστε να διερευνηθούν οι δυνατότητες εγκατάστασης μονάδας παραγωγής υδρογόνου στο νησί.	el
heal.abstract	The continuously increasing energy demands and consequently, the respective augmentation of energy production has led to a dramatic increase in the environmental impact without a simultaneous increase in the efficiency. The aforementioned reasons impose the utilisation of innovative methods of energy production and underline the undeniable need for more steps towards the promotion of the Renewable Energy Sources, aiming to the replacement of fossil fuels and the attenuation of the catastrophic environmental repercussions emerging from their use. Nevertheless, the stochastic and intermittent nature of the Renewable Energy Sources causes an erratic trend of energy production and cannot ensure a stable efficiency. Therefore, it becomes apparent that the need for the development of systems dedicated to short-term as well as long-term energy storage, should be considered imperative. The present thesis illustrates a brief evaluation of these systems and the main interest is centered around the analysis of the energy storage, production and distribution methods of hydrogen as a fuel of tomorrow, which is capable of constituting an indispensable component for the composition of state-of-the-art hybrid energy systems, where the ultimate goal is the construction of such systems consisting of 100% Renewable Energy Sources, regardless of the safety issues related to its use. It has to be mentioned that the included study focuses on this kind of promising hybrid systems located mainly in remote off-grid areas across the globe, where the production of hydrogen is combined with different options for electricity production. Finally, a test case regarding the island of Karpathos is attempted, in order for the possibility of constructing a hydrogen production system to be investigated.	en
heal.advisorName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	148 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false