Ανάπτυξη του υψηλής πίεσης δικτύου φυσικού αερίου της Κύπρου και αναβάθμιση των υφιστάμενων μονάδων παραγωγής ηλεκτρισμού για λειτουργία με φυσικό αέριο

Abstract

Μια νέα εποχή ανοίγεται για την Κύπρο μετά την εύρεση υδρογονανθράκων στην υποθαλάσσια Αποκλειστική Οικονομική της Ζώνη (ΑΟΖ). Ως ακόλουθο, η εξαγωγή φυσικού αερίου και η έλευση του στο νησί, εξυπακούει τη δημιουργία εθνικού δικτύου σωληνώσεων που θα το μεταφέρει με ασφάλεια σε κάθε νοικοκυριό. Πρώτο στάδιο του δικτύου είναι η τροφοδότηση των ηλεκτροπαραγωγών σταθμών της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου (ΑΗΚ). Εδώ προκύπτει και ο ένας εκ των δύο βασικών στόχων της παρούσας διπλωματικής εργασίας, η οποία παρουσιάζει τρία εναλλακτικά σενάρια διαδρομής του δικτύου υψηλής πίεσης από το μελλοντικό ενεργειακό κέντρο στο Βασιλικό μέχρι τους ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς Μονής και Δεκέλειας. Για τα τρία αυτά σενάρια διαδρομής υπολογίζονται αρχικά οι καταναλώσεις φυσικού αερίου που προβλέπεται να υπάρξουν στις ελεύθερες επαρχίες της Κύπρου. Στη συνέχεια ευρίσκεται η βέλτιστη εσωτερική διάμετρος των αγωγών, γίνεται διαστασιολόγηση τους, υπολογίζονται οι εξισώσεις ροής και επιλέγεται το κατάλληλο είδος σωλήνωσης. Ακολούθως υπολογίζονται οι σταθμοί συμπίεσης, το γενικό κόστος κεφαλαίου για τους αγωγούς και για τους σταθμούς συμπίεσης, το λειτουργικό τους κόστος, καθώς και το κόστος μεταφοράς φυσικού αερίου σε €/MMBtu και €/MWh. Τελικά γίνεται επιλογή και βελτιστοποίηση της διαδρομής των δύο αγωγών υψηλής πίεσης προς τις ηλεκτροπαραγωγές μονάδες Μονής και Δεκέλειας καταλήγοντας από τα τρία αρχικά σενάρια, στο καλύτερο, φθηνότερο και ασφαλέστερο. Ο δεύτερος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αναβάθμιση (repowering) των δύο προαναφερθεισών μονάδων για λειτουργία με φυσικό αέριο. Πιο αναλυτικά, γίνεται μετατροπή των δύο ατμοηλεκτρικών μονάδων σε συνδυασμένου κύκλου με τη σύζευξη αεριοστροβιλικής μονάδας η οποία λειτουργεί με φυσικό αέριο. Η μετατροπή αυτή επιτυγχάνεται με χρήση του υπολογιστικού προγράμματος προσομοίωσης GateCycle, το οποίο αναπαριστά τη λειτουργία των συστημάτων αυτών σε πραγματικές συνθήκες και ποσοτικοποιεί τα αποτελέσματα σε ενεργειακούς κοινώς και ευκόλως κατανοητούς όρους. Ακολούθως πραγματοποιούνται ενεργειακή και οικονομοτεχνική αξιολόγηση, καταδεικνύοντας αύξηση του ολικού βαθμού απόδοσης και της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ μείωση του κόστους παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας.

A new era is opened for Cyprus after finding hydrocarbons in its offshore Exclusive Economic Zone (EEZ). Undoubtedly, the export of natural gas and its transport to the island implies the creation of national pipeline network that carries it safely to any household. The first stage of this network is to supply the power plants of the Electricity Authority of Cyprus (EAC). Here arises one of the two main objectives of this thesis, which presents three alternative scenarios of the route of the high pressure network, from the future energy center at Vasiliko to the power stations of Moni and Dhekelia. Firstly, for these three route scenarios, we calculate the consumption of natural gas which is projected to be in the free districts of Cyprus. Next, we find the optimal internal diameter of the pipes, we dimension them, we find the flow equations and choose the appropriate tube type. After this, the compressor stations are calculated, the overall capital cost for pipelines and for compression stations is assessed, as well as the operating cost, and the cost of gas transport in €/MMBtu and €/MWh. Eventually, a choice and route optimization is made for the two high pressure pipelines, resulting from the original three scenarios to the best, safest, and most economical. The second objective of this thesis is the repowering of Moni and Dhekelia power plants for natural gas operation. More specifically, the two thermoelectric power plants are converted in combined cycle units with a coupling of gas turbine that runs on natural gas. This conversion is accomplished by using the computer simulation program GateCycle, which represents the operation of these systems in real conditions and quantifies the results in energy terms which are easily understandable. After this, energy and economic evaluation are carried out, demonstrating that the overall efficiency and output power of the repowered power plants are increased, while the cost of producing electricity is decreased.