Δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας σε κινητήρια συστήματα και πιθανή συνεισφορά τους ως ευέλικτα φορτία.

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι να παρουσιάσει και να αναλύσει τις δυνατότητες εξοικονόμησης που υπάρχουν στον τομέα των κινητήριων συστημάτων και ιδιαίτερα στην κατηγορία των αντλιών. Από τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν με πραγματικά δεδομένα από το Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Κρήτης, το ημερήσιο όφελος από την ενίσχυση της ενεργειακής απόδοσης του 5% των αντλιών με το μεγαλύτερο συντελεστή φόρτισης των περιοχών Μοιρών και Ιεράπετρας μπορεί να φτάσει τα 260€. Το μέσο όφελος ανά εξοικονομούμενη MWh φτάνει τα 175 € σε μέρες χαμηλού φορτίου και τα 250€ σε μέρες υψηλού φορτίου. Επειδή το νερό μπορεί με χαμηλό κόστος να αποθηκευτεί, η χρήση αντλιών έχει κάποια ευελιξία. Επομένως θα είχε νόημα, δοθείσης της εμπειρίας από άλλες εφαρμογές, όπως η αφαλάτωση, να εξεταστεί ποιο θα ήταν το όφελος να θεωρηθούν οι αντλίες ως ευέλικτα φορτία, φορτία που η ζήτηση τους μπορεί να μετατεθεί σε διαφορετικές ώρες από την αιχμή του συστήματος χωρίς όμως να μεταβάλλεται η λειτουργία που επιτελούν. Στην εργασία ποσοστικοποιήθηκαν τα οφέλη αν για το 5% των αντλιών με μεγαλύτερη ισχύ των Μοιρών και της Ιεράπετρας εφαρμοστούν κινητήρα μετατόπισης της ζήτησης. Εξετάστηκε η μετατόπιση της αιχμής των αντλιών, η επιπεδόποίηση της ζήτησης τους αλλά και η μείωση της συμμετοχής των αντλιών κατά τη στιγμή αιχμής του Υποσταθμού σύνδεσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το όφελος από κάθε μεταφερόμενο kW μπορεί να φτάσει από 0,07€ έως και 0,2€ αναλόγως την εφαρμογή! Στο τελευταίο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται συνοπτικά διάφορες προοπτικές και δράσεις που θα μπορούσαν να λάβουν μέρος έτσι ώστε να υλοποιηθούν ορισμένα στοιχεία που ανέλυσε. Τα μηνύματα που προσπαθεί να περάσει έχουν σαν αποδέκτες όλους τους εμπλεκόμενους στην ενεργειακή κατανάλωση και στην κατανάλωση νερού.

This thesis summarizes the efforts of International Bodies for standardization of electrical motors based on their efficiency and the database used for this purpose. Then some techniques for energy saving in motors, including motor supervision and control, power electronics for speed variation, replacement of old motors and reactive compensation are discussed giving the reader the opportunity to learn some basic information on these wide spread energy conservation methods. Reducing mechanical load of motors is one of the key uses for motors such as fans, blowers, refrigerating systems and so on. Some techniques for reducing this load have been described as well in combination with co-operation with power electronic drivers etc. Pumps are widespread in numerous of applications in all consumers. Only in Greece, water utilities consume about 700 GWh annually. To make matters worse, in some Aegean Islands, desalination, an even more energy intensive method for producing potable water, is utilized increasing even more energy demand during summer periods. Therefore, improving energy efficiency in pumping systems could improve the economics of water utilities. Based on actual data, from the Power System of Crete, the largest autonomous power system in Greece, and irrigation pumps from agriculture areas of Moires and Ierapetra, the energy saving potential of pumping systems is estimated. More precisely, the economic benefits for the operator of the island if the 5% of the pumps in those areas, the ones with the highest load factor, are replaced with more efficient ones can reach 175 €/MWh during low demand days and 250€/MWh during high demand days. Since water can be easily stored, pumps could be considered as flexible loads, producing water during periods when it is more economic either for their owner or for the power system they are connected to. For the 5% of the pumps in the same areas presenting the highest capacity scenarios such as reducing peak demand of the pumps and reducing their participation in the peak demand of the substation have been examined showing benefits for the utility in the range of 0.07-0.20€/kW transferred to other periods. Therefore, considering pumps as flexible loads could be an economic effective solution for both the utility and the end-user. The results are summarized in the conclusions section. Based on the findings on the importance of reducing energy demand in pumps systems, some proposals for reducing water consumption and hence energy consumption are presented in the same section. Such measures may be reutilizing water, use of rain water and leak detection with smart water metering.