Ανάπτυξη υβριδικού συστήματος ΑΠΕ με αντλησιοταμίευση και αποθήκευση υδρογόνου για την κάλυψη υδατικών και ενεργειακών αναγκών στη Σκύρο

Παπαθανασίου, Αθανάσιος-Φοίβος; Papathanasiou, Athanasios-Foivos

dc.contributor.author	Παπαθανασίου, Αθανάσιος-Φοίβος	el
dc.contributor.author	Papathanasiou, Athanasios-Foivos	en
dc.date.accessioned	2022-07-20T09:34:47Z
dc.date.available	2022-07-20T09:34:47Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55446
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23144
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	Αντλησιοταμίευση	el
dc.subject	Αφαλάτωση	el
dc.subject	Αποθήκευση	el
dc.subject	Υβριδικό	el
dc.subject	Υδρογόνο	el
dc.subject	Pumped-storage	en
dc.subject	Desalination	en
dc.subject	Storage	en
dc.subject	Hybrid	en
dc.subject	Hydrogen	en
dc.title	Ανάπτυξη υβριδικού συστήματος ΑΠΕ με αντλησιοταμίευση και αποθήκευση υδρογόνου για την κάλυψη υδατικών και ενεργειακών αναγκών στη Σκύρο	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Evaluation of an HRES using pumped-storage hydropower and hydrogen storage for covering the need for portable water and meeting energy demand in Skyros island	en
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.classification	Energy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-08
heal.abstract	Στη Σκύρο, όπως και στα περισσότερα νησιά της Ελληνικής Επικράτειας, οι ανάγκες των κατοίκων σε ηλεκτρική ενέργεια καλύπτονται κυρίως από τους αυτόνομους ενεργειακούς σταθμούς. Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται με την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων προκαλώντας τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Επίσης, σημαντικό ζήτημα αποτελεί η μείωση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων. Μέσω διαφόρων μηχανισμών της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η εκπομπή αερίων ρύπων από τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπως είναι το διοξείδιο του άνθρακα, κοστολογείται. Στόχος είναι να μειωθούν οι εκπομπές επιβλαβών ουσιών και να γίνεται η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ). Στη Σκύρο, όπως και στα περισσότερα νησιά της Ελλάδας, παρατηρείται επίσης έλλειψη υδατικών πόρων. Το νερό του δικτύου δεν είναι πόσιμο, επομένως είναι ανάγκη να γίνεται χρήση εμφιαλωμένου νερού. Λύση σε αυτό το ζήτημα αποτελεί η αφαλάτωση. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η κατασκευή ενός Υβριδικού Συστήματος ΑΠΕ με σκοπό την αντιμετώπιση του ζητήματος του πόσιμου νερού και της ηλεκτρικής ενέργειας, χωρίς να γίνεται εκπομπή αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα. Το έργο αποτελείται από τρεις ανεμογεννήτριες (Α/Γ), μια μονάδα αφαλάτωσης, μια μονάδα αντλησιοταμίευσης και μια μονάδα παραγωγής υδρογόνου. Το 30% της παραγόμενης αιολικής ενέργειας από τις Α/Γ διατίθεται απευθείας στο δίκτυο και το υπόλοιπο 70% διατίθεται για χρήσεις, δηλαδή για την αφαλάτωση, την άντληση και την παραγωγή υδρογόνου. Ο ρόλος των υβριδικών συστημάτων είναι να αποθηκεύουν την ενέργεια η οποία παράγεται, ώστε να διαχειρίζεται έξυπνα η ενέργεια ανάλογα με τη διακύμανση της ζήτησης, η οποία πρέπει να καλυφθεί. Πιο συγκεκριμένα, όταν υπάρχει πλεονάζουσα αιολική ενέργεια, χρησιμοποιείται για άντληση και παραγωγή υδρογόνου. Όταν υπάρχει έλλειψη ενέργειας, παράγεται επιπλέον ενέργεια από τον υδροστρόβιλο και το υδρογόνο, ώστε να καλυφθούν οι ανάγκες. Η μονάδα αντλησιοταμίευσης και η μονάδα παραγωγής υδρογόνου έχουν ως σκοπό να δώσουν λύση στο ζήτημα της αποθήκευσης και της ελεγχόμενης διανομής της παραγόμενης καθαρής αιολικής ενέργειας από τις Α/Γ. Για τη μελέτη του τρόπου λειτουργίας του υβριδικού συστήματος, χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης στο πρόγραμμα Excel. Αρχικά, έγινε εκτίμηση των υδρευτικών και ηλεκτρικών αναγκών από τα δεδομένα του μόνιμου πληθυσμού και των τουριστών. Τα ανεμολογικά δεδομένα από το μετεωρολογικό σταθμό της περιοχής, δηλαδή οι ταχύτητες του ανέμου, μετατράπηκαν σε αιολική ενέργεια. Τρία σενάρια μελετήθηκαν με σκοπό τη μελέτη του τρόπου λειτουργίας της εγκατάστασης και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Το 1ο αφορά την αποκλειστική χρήση της αντλησιοταμίεσης, το 2ο την μέθοδο του υδρογόνου και το 3ο τον συνδυασμό των προηγούμενων δύο σεναρίων. Ακόμη, για την οικονομική αξιολόγηση του συστήματος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση κόστους – οφέλους, για να διαπιστωθεί πόσο οικονομικά βιώσιμη είναι η επένδυση και αν μπορεί να εφαρμοστεί ρεαλιστικά. Συμπερασματικά, σε όλα τα σενάρια παρατηρείται πλήρης κάλυψη των υδατικών αναγκών, με ποσοστό υψηλότερο του 99%. Όσον αφορά τις ενεργειακές ανάγκες, σύμφωνα με το 3ο σενάριο επιτυγχάνεται η υψηλότερη κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών, σε σύγκριση με τα υπόλοιπα σενάρια, με ποσοστό κάλυψης 99% σε ετήσια βάση. Ακολουθεί το 2ο σενάριο, σε ποσοστό κάλυψης 90% και τέλος, η χαμηλότερη κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών αφορά το 1ο σενάριο, με ποσοστό κάλυψης 86%. Όσον αφορά την ενεργειακή απόδοση των δύο μεθόδων, παρατηρείται ότι για την αντλησιοταμίευση είναι 68%, ενώ για τη μέθοδο του υδρογόνου είναι 26%.	el
heal.abstract	As in most islands of the Greek Territory, in Skyros the electricity needs of the residents are mainly covered by autonomous energy stations. Electricity is produced by consuming fossil fuels, which causes environmental pollution. Another important issue that arises from this is the depletion of fossil fuel reserves. Through various mechanisms stipulated by the European Union, the emission of gaseous pollutants from power stations, such as carbon dioxide, is taxed. The aim is to reduce the emissions of harmful substances and to produce energy through renewable sources. Another issue is that Skyros, like most Greek islands, has a shortage of water resources. The water in the network is not potable, so it is necessary to use bottled water for human consumption. A potential solution to this issue is desalination. This paper examines the potential construction of a Hybrid Renewable Energy System (HRES) in order to address the issue of drinking water and electricity without emitting any pollutants into the atmosphere. The project consists of the construction of three wind turbines (WT), a desalination plant, a pumped storage plant and a hydrogen production plant. 30% of the wind energy produced by the WT will be supplied directly to the grid and the remaining 70% will be used for desalination, pumping and hydrogen production. The role of HRESs is to store the energy that is generated, so that it can be wisely managed according to meet the fluctuating demand. More specifically, when there is an excess in wind energy, this is used to pump and produce hydrogen. When there is a shortage of energy, additional energy is produced from the hydro turbine and hydrogen to meet the demand. The pumped storage plant and the hydrogen production plant are meant to provide a solution to the issue of storage and controlled distribution of the clean wind energy produced by the WT. An Excel simulation model was used to study the operation of the HRES. Initially, the water and electricity needs were estimated, using the data of the resident population and tourists. Wind data from the meteorological station in the area (wind speeds) were converted into wind energy. Three scenarios were drawn in order to study the operation of the installation and draw conclusions. The 1st scenario depends solely on the method of pumped-storage hydroelectricity, the 2nd scenario examined uses hydrogen technology and the 3rd scenario is a combination of the previous two. Furthermore, for the economic evaluation of the system, a cost-benefit analysis was carried out to determine how economically viable the investment is and whether it can actually be implemented. In conclusion, in all scenarios, there is a total coverage of the water demands, at a percentage of above 99%. Αs far as electricity demands are concerned, in the 3rd scenario, there is the highest coverage of the demands at the percentage of 99% throughout the year. The 2nd scenario appears to be the second most effective, and it covers the percentage of 90% of electricity needs throughout the year. The lowest coverage of electricity demands concerns the 1st scenario, and it meets electricity needs at a percentage of 86%. Regarding the energy efficiency of the two methods, the percentage for the pumped storage method is 68%, whereas the percentage for the hydrogen method is 26%.	en
heal.advisorName	Μπαλτάς, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπαλτάς, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών-Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Χαραλαμπόπουλος, Αντώνιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false