Έγχυση υδρογόνου στο δίκτυο φυσικού αεριού - Ανάλυση ασφάλειας, Εκτίμηση ρίσκου και Τεχνο-οικονομική ανάλυση μέτρων μετριασμού

Κοψαχείλης, Ιωάννης; Kopsacheilis, Ioannis

dc.contributor.author	Κοψαχείλης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Kopsacheilis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2021-11-09T09:56:51Z
dc.date.available	2021-11-09T09:56:51Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54041
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21739
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Τεχνο-οικονομικά συστήματα”	el
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	Υδρογόνο	el
dc.subject	Ρίσκο	el
dc.subject	Ασφάλεια	el
dc.subject	Ενέργεια	el
dc.subject	Τεχνο-οικονομικά	el
dc.title	Έγχυση υδρογόνου στο δίκτυο φυσικού αεριού - Ανάλυση ασφάλειας, Εκτίμηση ρίσκου και Τεχνο-οικονομική ανάλυση μέτρων μετριασμού	el
dc.title	Hydrogen injection into natural gas grid - Safety analysis, Risk assessment and Techno-economic analysis of mitigation measures	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.classification	Ασφάλεια	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-15
heal.abstract	Το παγκόσμιο ενεργειακό σύστημα μεταβαίνει σταδιακά προς την απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα. Το ποσοστό των ανανεώσιμων πηγών στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας έχει αυξηθεί, αλλά η διακοπτόμενη λειτουργία τους επηρεάζει την αξιοπιστία και τη διαχείριση του συστήματος. Νέες τεχνολογίες, όπως τα συστήματα Power-to-Gas (P2G), παρέχουν αποτελεσματική διαχείριση της πλεονάζουσας ανανεώσιμης ενέργειας, με τα περισσότερα από αυτά να παράγουν υδρογόνο (Η2) μέσω ηλεκτρόλυσης. Μέχρι να αναπτυχθούν τα συστήματα P2G σε μεγάλη κλίμακα, το H2 θα μπορούσε να παραχθεί σε μεγάλες ποσότητες με κλασσικές μεθόδους, όπως η αναμόρφωση μεθανίου με ατμό (SMR). Το Η2 είναι το κυριότερο υποψήφιο καύσιμο αρχικά για τη μείωση και μετέπειτα αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων, και αναμένεται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στο ενεργειακό μας σύστημα. Η κατασκευή νέων υποδομών μεταφοράς και διανομής υδρογόνου απαιτεί αρκετό χρόνο, προσπάθεια και επενδύσεις. Ένα εναλλακτικό οικονομικά αποδοτικό και πρακτικό μονοπάτι, το οποίο συγκεντρώνει υψηλό ενδιαφέρον, είναι η έγχυση Η2 στο υφιστάμενο δίκτυο φυσικού αερίου (NG). Σύμφωνα με μελέτες που πραγματοποιήθηκαν την τελευταία δεκαετία, το H2 μπορεί να αναμειχθεί με το φυσικό αέριο σε ποσοστό 5-20% κατ’ όγκο χωρίς ή με μικρές τροποποιήσεις στο υφιστάμενο δίκτυο φυσικού αερίου. Σήμερα υπάρχουν περισσότερα από 55 πιλοτικά έργα σε παγκόσμια κλίμακα που διερευνούν την επίδραση αυτής της προσθήκης στις υφιστάμενες υποδομές και συσκευές NG. Η εργασία αυτή, αποτελεί μια κριτική ανασκόπηση των ζητημάτων ασφάλειας που προκύπτουν από την έγχυση H2 στο δίκτυο φυσικού αερίου, εξετάζοντας τους πιθανούς κινδύνους και τις συνέπειες τους. Κίνδυνοι όπως η διαρροή και η διάχυση του υδρογόνου, τα φαινόμενα ανάφλεξης, η διαπερατότητα του υδρογόνου, η ψαθυροποίηση υδρογόνου, ο εντοπισμός του κινδύνου, η φωτιά και η έκρηξη εξετάζονται αναλογικά με την προσθήκη Η2. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τέσσερις μέθοδοι μετριασμού των κινδύνων και γίνεται τεχνοοικονομική ανάλυση των επικρατέστερων μεθόδων. Επιπλέον, τα συνολικά κόστη εφαρμογής των μεθόδων μετριασμού συγκρίνονται με το κόστος κατασκευής νέων δικτύων Η2. Τέλος, συνοψίζονται και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την ανάλυση ασφάλειας, την εκτίμηση ρίσκου και την τεχνοοικονομική ανάλυση και επισημαίνονται τα ανοιχτά ζητήματα προς περαιτέρω έρευνα.	el
heal.abstract	Global energy system is moving towards a decarbonization path. The share of renewables in the electricity sector have been increased, but its intermittent character affects the reliability and management of the system. New technologies, such as Power to Gas (P2G), provide an efficient management of the surplus renewable energy, with most of the P2G systems to produce hydrogen (H2) via electrolysis. Until P2G systems realized in large scale, the H2 can be produced from natural gas with classical methods such as methane steam reforming (SMR). H2 is the foremost candidate to oﬀset and eventually replace the fossil fuels and it will play an important role in our energy system. Building a new hydrogen transport infrastructure demands a lot of time, effort, and investments. An alternative cost-effective and practical pathway, which is receiving significant attention, is the injection of H2 into existing natural gas (NG) network. Research studies that carried out during the last decade, showed that H2 can be blended with NG at percentage of 5-20% by volume without or with minor modifications on the gas network. There are currently more than 55 demonstration projects worldwide that are investigating the impact of this addition on existing NG infrastructure and appliances. This work conducts a critical review on safety issues arising from H2 injection into natural gas grid, by examining the potential hazards and consequences. Hazards such as release and dispersion, ignition phenomena, permeation, hydrogen embrittlement, hazard detection, fire and explosion are examined in relation to the H2 addition. Afterwards, four mitigation methods are presented, and a techno-economic analysis of most predominant methods is performed. Moreover, the total costs of applying each of the predominant methods are compared with the cost of building a new hydrogen pipeline network. Finally, the results from safety analysis, risk assessment and technoeconomic analysis are summarized and presented, while the open issues for future research are highlighted.	en
heal.advisorName	Ματσόπουλος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Ματσόπουλος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Παναγόπουλος, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής και Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	68 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false