Διαστασιολόγηση και προσομοίωση θερμοδοχείου με εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας για την αποθήκευση και ενεργειακή αξιοποίηση στρατσώνας πυθμένα μέσω συστήματος ORC

Γκέκας, Γεώργιος; Gekas, Georgios

dc.contributor.author	Γκέκας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Gekas, Georgios	en
dc.date.accessioned	2025-11-28T12:04:12Z
dc.date.available	2025-11-28T12:04:12Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62946
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30642
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	Σύστημα ORC	el
dc.subject	Ανάκτηση θερμότητας	el
dc.subject	ORC system	en
dc.subject	Waste heat recovery	en
dc.subject	Thermal energy storage	en
dc.subject	Σύστημα αποθήκευσης θερμότητας	el
dc.title	Διαστασιολόγηση και προσομοίωση θερμοδοχείου με εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας για την αποθήκευση και ενεργειακή αξιοποίηση στρατσώνας πυθμένα μέσω συστήματος ORC	el
dc.title	Design and simulation of a thermal energy storage tank with an internal heat exchanger for waste heat recovery from bottom blowdown via an ORC system	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ανάκτηση θερμότητας	el
heal.classification	Σύστημα αποθήκευσης θερμότητας	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-06-26
heal.abstract	Με την έναρξη της βιομηχανικής επανάστασης οι ενεργειακές ανάγκες της κοινωνίας αυξήθηκαν ραγδαία, οδηγώντας στην εκτεταμένη χρήση ορυκτών καυσίμων και, κατά συνέπεια στην απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων αερίων του θερμοκηπίου στο περιβάλλον. Αυτό συνέβαλε στην υπερθέρμανση του πλανήτη και στην επιτάχυνση της κλιματικής αλλαγής. Επομένως, η ανάγκη για μείωση των εκπομπών, σε συνδυασμό με την αύξηση των τιμών ενέργειας, οδηγούν προς νέες, καινοτόμες και περιβαλλοντικά φιλικές τεχνολογίες τα τελευταία χρόνια. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται ένας συνδυασμός αυτών των καινοτόμων τεχνολογιών ο οποίος περιλαμβάνει την τεχνολογία ανάκτησης απορριπτόμενης θερμότητας, την αποθήκευση θερμικής ενέργειας καθώς και την τεχνολογία συστήματος ORC. Στον Ασπρόπυργο της Αττικής, μια βιομηχανία καπνού χρησιμοποιεί για την κάλυψη των αναγκών της τρεις ατμολέβητες. Στόχος είναι η αποθήκευση της στρατσώνας πυθμένα σε ένα θερμοδοχείο με εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας, ώστε η θερμότητα η οποία υπό κανονικές συνθήκες απορρίπτεται, να αποθηκεύεται και να αξιοποιείται μέσω ενός συστήματος ORC. Η ανάλυση επικεντρώνεται σε δυο σενάρια λειτουργίας της βιομηχανίας. Το πρώτο είναι αυτό της υφιστάμενης κατάστασης, ενώ το δεύτερο είναι ένα μελλοντικό σενάριο, οπού πραγματοποιήθηκε αναδιάταξη στο λεβητοστάσιο της βιομηχανίας με αποτέλεσμα την αύξηση της ατμοπαραγωγής. Αρχικά, αναλύθηκαν οι ποσότητες ατμοπαραγωγής καθώς και οι ποσότητες στρατσώνας πυθμένα. Έπειτα, σύμφωνα με το θερμικό φορτίο της στρατσώνας πυθμένα, προσδιορίστηκε ο εσωτερικός όγκος του θερμοδοχείου και στην συνέχεια καθορίστηκαν τα γεωμετρικά και θερμοδυναμικά μεγέθη του θερμοδοχείου και του εσωτερικού εναλλάκτη θερμότητας. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε προσομοίωση της θερμοκρασιακής κατανομής εντός του θερμοδοχείου και του εσωτερικού εναλλάκτη θερμότητας για διάστημα 24 ωρών και με χρονικό βήμα ενός δευτερολέπτου. Ακολουθεί η διαστασιολόγηση του συστήματος ORC, ώστε να προσδιοριστεί η ετήσια ηλεκτροπαραγωγή. Τέλος, πραγματοποιήθηκε τεχνοοικονομική ανάλυση, λαμβάνοντας υπόψιν το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας και επιπλέον αναλύθηκαν τα δικαιώματα εκπομπών CO2. Όλα αυτά συμπεριλήφθηκαν στον υπολογισμό των δεικτών NPV, LCOE και Payback Period, με στόχο την τεχνοοικονομική αξιολόγηση της επένδυσης.	el
heal.abstract	Since the onset of the Industrial Revolution, society’s demand for energy increased rapidly, leading to the extensive use of fossil fuels and, consequently, to the release of large quantities of greenhouse gases into the atmosphere. This contributed to global warming and accelerated climate change. In recent years, the need to reduce emissions, combined with rising energy prices, has driven investment toward innovative and environmentally friendly technologies. This thesis investigates a combination of such technologies, specifically waste heat recovery, thermal energy storage (TES) and the Organic Rankine Cycle (ORC). In Aspropyrgos, Attica, a tobacco industry operates using three steam boilers to meet its demands. The objective is to recover waste heat from the bottom blowdown by storing it in a thermal energy storage tank equipped with an internal heat exchanger. The recovered heat is subsequently utilized by an ORC system to generate electricity. Two operating scenarios are analyzed. The current configuration and a future scenario in which the steam production of the boilers is increased. Initially, the quantities of steam production and bottom blowdown were analyzed. Based on the thermal load of the bottom blowdown, the internal volume of the storage tank was calculated, followed by its geometric and thermodynamic parameters and those of the internal heat exchanger. A simulation was then conducted to assess the temperature distribution within the tank and the heat exchanger over a 24-hour period, using a one-second time step. Subsequently, the ORC system was dimensioned to estimate the annual electricity production. Finally, a techno-economic analysis was performed, incorporating electricity prices and emissions trading (CO2 allowances), to evaluate the investment feasibility using the indicators NPV, LCOE and the Payback Period indicators.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.advisorName	Karellas, Sotirios	en
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος
heal.committeeMemberName	Karellas, Sotirios
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87
heal.fullTextAvailability	false