Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) βιομηχανικής μονάδας παραγωγής, αποθήκευσης και αξιοποίησης ανανεώσιμου H2 (Power-to-H2-to-Power)

Μαχαίρας, Ευθύμιος Αλέξανδρος; Machairas, Efthymios Alexandros

dc.contributor.author	Μαχαίρας, Ευθύμιος Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Machairas, Efthymios Alexandros	en
dc.date.accessioned	2022-07-21T08:26:45Z
dc.date.available	2022-07-21T08:26:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55466
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23164
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υδρογόνο	el
dc.subject	Αποθήκευση ενέργειας	el
dc.subject	Ανάλυση Κύκλου Ζωής	el
dc.subject	Ηλεκτρόλυση	el
dc.subject	Hydrogen	en
dc.subject	Energy storage	en
dc.subject	Life Cycle Assessment	en
dc.subject	Electrolysis	en
dc.subject	Electric energy production	en
dc.subject	Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.title	Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) βιομηχανικής μονάδας παραγωγής, αποθήκευσης και αξιοποίησης ανανεώσιμου H2 (Power-to-H2-to-Power)	el
dc.title	Life cycle analysis (LCA) of an industrial application for production, storage and utilization of renewable H2 (Power-to-H2-to-Power)	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική αποθήκευση ενέργειας	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-25
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η Ανάλυση Κύκλου Ζωής ενός συστήματος χημικής αποθήκευσης ενέργειας μέσω της παραγωγής και κατανάλωσης πράσινου υδρογόνου, που πρόκειται να ενσωματωθεί σε βιομηχανική μονάδα ώστε να καλύψει μέρος των αναγκών της σε ηλεκτρισμό και θέρμανση. Συγκεκριμένα μελετάται το σύστημα HYFLEXPOWER, το οποίο κατά την χρονική περίοδο συγγραφής της μελέτης βρίσκεται στην φάση της κατασκευής και πρόκειται να ενσωματωθεί στην υπάρχουσα μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ονομαστικής ισχύος 12 MWe, στο Saillat-sur-Vienne της Γαλλίας. Η ανάλυση εκτείνεται από την καταγραφή των πρώτων υλών και την επεξεργασία αυτών, έως και την διαχείριση των αποβλήτων μετά το τέλος ζωής της εγκατάστασης. Πραγματοποιήθηκε η κατά το δυνατόν αναλυτικότερη καταγραφή και μοντελοποίηση των παραπάνω καθώς και τον ενδιάμεσων βημάτων. Στα πλαίσια της ανάλυσης ευαισθησίας, εκτός του σεναρίου αναφοράς που καταστρώθηκε για να απεικονίσει την ετήσια λειτουργία της εγκατάστασης, έγινε ανάλυση και άλλων σεναρίων. Μελετήθηκε η μεταβολή των ετήσιων ωρών λειτουργίας του ηλεκτρολύτη και του πλήθους των ηλεκτρολυτών, η αλλαγή της κατανομής των επιπτώσεων σε διάφορα στάδια της διεργασίας, η επίδραση της πηγής της ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ έγινε σύγκριση του παρόντος συστήματος με μια μελλοντική εκδοχή του. Τέλος, μελετήθηκε ένα αντίστοιχο σύστημα παραγωγής και αποθήκευσης υδρογόνου για ενσωμάτωση, αυτή τη φορά, σε ένα μεγαλύτερο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής. Συγκεκριμένα, η μελέτη αφορούσε την εγκατάσταση ηλεκτροπαραγωγής της εταιρείας «Αλουμίνιον της Ελλάδος» στα Άσπρα Σπίτια Βοιωτίας, ισχύος 132,5 MW. Κύριος στόχος της ανάπτυξης του συστήματος HYFLEXPOWER, αποτελεί η ύπαρξη μίας οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμης εναλλακτικής μεθόδου αποθήκευσης ενέργειας. Η ανάγκη για την ύπαρξη ενός αξιόπιστου τρόπου αποθήκευσης πλεονάζουσας ενέργειας προέκυψε από τους κλιματικούς στόχους που έχουν τεθεί σε παγκόσμια κλίμακα για την αποφυγή της περαιτέρω ανόδου της θερμοκρασίας του πλανήτη. Η μελέτη του κύκλου ζωής εκπονήθηκε με την χρήση του λογισμικού SimaPro v.9.1.1, η κατάστρωση του καταλόγου απογραφής έγινε με χρήση της βάσης δεδομένων Ecoinvent 3.7, ενώ η ανάλυση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων έγινε σύμφωνα με την μέθοδο ReCiPe 2016. Ως λειτουργική μονάδα επιλέχθηκε το 1 MJ παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Από τις 18 κατηγορίες επιπτώσεων σύμφωνα με την προσέγγιση «midpoint», επιλέχθηκαν για περεταίρω ανάλυση το δυναμικό θέρμανσης του πλανήτη (global warming potential) καθώς και η οξίνιση χερσαίων οικοσυστημάτων (terrestrial acidification). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των υπό μελέτη σεναρίων, παρατηρήθηκε μείωση του δυναμικού θέρμανσης του πλανήτη κατά 96,5 % (CO2-eq/MJe) και της οξίνισης χερσαίων οικοσυστημάτων κατά 47,1 % (SO2-eq/MJe), σε σύγκριση με τα αποτελέσματα για την υπάρχουσα εγκατάσταση και για λειτουργία του υπό μελέτη συστήματος με καύση 100 % ανανεώσιμου υδρογόνου.	el
heal.abstract	In the present diploma thesis, the Life Cycle Analysis of a chemical energy storage system through the production and consumption of renewable hydrogen was conducted, which is to be integrated in an existing power plant to meet part of its electricity and heating needs. Specifically, the HYFLEXPOWER system is being studied, which at the time of writing this study is under construction and due to be integrated into the existing 12 MWe power plant in Saillat-sur-Vienne, France. The analysis ranges from the recording of raw materials and their respective processing, to the waste management after the end of life of the installation. The most accurate recording and modeling of the whole process mentioned above was performed. In addition to the reference scenario that was developed to illustrate the annual operation of the facility, other scenarios were taken into consideration. The change in the annual operating hours of the electrolyzer and in the number of electrolyzers, the change in the distribution of the environmental impact at different stages of the process and the effect of the electricity source was studied, while the current system was compared with a future version of itself. A similar hydrogen production and storage system was studied for integration, this time, into a larger power plant. Specifically, the study concerned the power plant of the company "Aluminum of Greece" in Aspra Spitia of Viotia, with a rated power of 132.5 MWe. The main reason for the development of the HYFLEXPOWER system is the need for an economically and environmentally viable alternative method of energy storage. This particular need for a reliable way of storing surplus energy arose from the global climate targets set to prevent further global warming. The life cycle study was performed using SimaPro v.9.1.1 software, the inventory was compiled using the Ecoinvent 3.7 database, while the environmental impact analysis was performed according to the ReCiPe 2016 method. One (1) MJ of electricity generated was selected as the functional unit for the system. From the 18 impact categories according to the "midpoint" distribution, the global warming potential as well as the terrestrial acidification of terrestrial ecosystems were selected for further analysis. According to the results of the studied scenarios, a reduction in the global warming potential by 96.5% (CO2-eq / MJe) as well as the acidification of terrestrial ecosystems by 47.1% (SO2-eq / MJe) was observed, compared to the respective results for the existing installation and considering the combustion of 100 % renewable hydrogen in the system under study.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	122 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false