Ηλιοθερμακή μονάδα ηλεκτροπαραγωγής τύπου stirling-dish.

Abstract

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που καλείται να αντιμετωπίσει η ανθρωπότητα είναι η αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας. Το ¼ σχεδόν του παγκοσμίου πληθυσμού δεν έχει πρόσβαση σε ηλεκτρισμό, ενώ ποσοστό 80 % αυτού κατοικεί σε αγροτικές περιοχές του αναπτυσσόμενου κόσμου. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος πραγματοποιούνται σημαντικές προσπάθειες τόσο από τοπικές κυβερνήσεις όσο και από διεθνείς οργανισμούς. Την ίδια στιγμή, οι συμβατικές πηγές ενέργειας, όπως πετρέλαιο, άνθρακας και φυσικό αέριο, που καλούνται να ικανοποιήσουν αυτήν την αυξανόμενη ζήτηση, ολοένα και εξαντλούνται ενώ υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι η κλιματική αλλαγή που παρατηρείται οφείλεται στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, παραγόμενες κυρίως από τους τομείς ηλεκτροπαραγωγής και μεταφορών. Επομένως, είναι επιτακτική η ανάγκη εκμετάλλευσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη και η προσομοίωση ηλιοθερμικού συστήματος τεχνολογίας δίσκου μηχανής (παραβολικού δίσκου). Συγκεκριμένα θα περιγραφεί η αρχή λειτουργίας, καθώς και τα επιμέρους τμήματα του συστήματος, όπως ηλιακός συλλέκτης, ηλιακός δέκτης, μονάδα μετατροπής ενέργειας. Τέλος με την βοήθεια του λογισμικού System Advisor Model (SAM), θα γίνει μια προσπάθεια προσομοίωσης ενός ηλιοθερμικού σταθμού τεχνολογίας δίσκου μηχανής στη Κρήτη ως προς την ενεργειακή και οικονομοτεχνική συμπεριφορά του. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Σε αυτό το κεφάλαιο θα πραγματοποιηθεί ένας προσδιορισμός του ενεργειακού προβλήματος που έχει παρουσιαστεί λόγω της συνεχής ζήτησης ενέργειας καθώς επίσης του εθνικού στόχου των ΑΠΕ αλλά και διαφόρων διεθνών συμφωνιών. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Στο κεφάλαιο αυτό θα εξεταστούν οι ΑΠΕ, οι τεχνολογίες ΑΠΕ καθώς και τα πλεονεκτήματα – μειονεκτήματα τα οποία παρουσιάζουν. Τονίζεται ότι η παρούσα πτυχιακή εργασία θα επικεντρωθεί στην ηλιακή ενέργεια και συγκεκριμένα στην ηλιοθερμία. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Εδώ θα περιγραφούν οι μορφές της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς και οι εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Το αντικείμενο του κεφαλαίου αυτού, είναι η ανάλυση και η μελέτη των επιμέρους υποσυστημάτων τα οποία αποτελούν ένα αυτόνομο σύστημα δίσκου μηχανής. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Σε αυτό το κεφάλαιο θα αναφερθούν οι κανονισμοί σύνδεσης καθώς και οι τεχνικές προδιαγραφές που απαιτείται να πληροί ένα σύστημα διεσπαρμένης παραγωγής για σύνδεση στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ). ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει η αναλυτική περιγραφή του λογισμικού System Advisor Model (SAM) ως προς τις εισόδους και εξόδους του, για την τεχνολογία δίσκου μηχανής. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: Εδώ ουσιαστικά θα γίνει η ενεργειακή ανάλυση του ηλιοθερμικού σταθμού, καθώς και η οικονομική υπολογίζοντας οικονομικούς δείκτες επένδυσης. Τονίζεται ότι η ενεργειακή ανάλυση θα πραγματοποιηθεί με το λογισμικό SAM της NREL, ενώ η οικονομική ανάλυση έγινε στο Excel της Microsoft. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Τέλος, γίνεται μια επίδειξη των σημαντικότερων δεδομένων από την προσομοίωση ενώ επίσης παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της πτυχιακής εργασίας.

A rising contemporary issue is the increase in worldwide energy demand. Nearly one quarter of the world’s population does not have access to electricity while over 80 % of these people live in peripheral urban and isolated rural areas of the developing world. Local governments and national organizations are making significant efforts to provide solutions to the problem above. At the same time, conventional energy sources like oil, coal and natural gas – which are asked to supply this growing demand – are increasingly diminishing while there are speculations that climate change is occurring due to greenhouse’s gases emissions, principally, produced by power generation and transport sectors. Therefore, it is imperative to exploit renewable energy sources (RES). The aim of this thesis is the Stirling Dish model study and its simulation. In addition, the principle of operation and the individual parts of system are described. A solar thermal power plant Stirling Dish technology in Crete is also simulated, concerning its energy and financial behavior. Chapter 1: The energy problem that has arisen due to continued demand for energy and the national target of RES is reported. In addition, international legislation such as Kyoto protocol is mentioned. Chapter 2: This chapter describes the RES technologies, their advantages and disadvantages. It is emphasized that this thesis will focus largely to solar energy and specifically to solar thermal. Chapter 3: Here, the forms of solar irradiation, as well as the commercially available technologies which utilize solar energy will be examined. Chapter 4: The object of this chapter is the analysis and design of individual subsystems which constitute an autonomous Stirling Dish system for electricity production. Chapter 5: In this chapter, the connection regulations and technical specifications required to fulfill a dispersed system power generation for connection to the electric power system (EPS) will be described. Chapter 6: In this chapter, the simulation of a solar thermal power plant using Stirling Dish technology rated 5 MW, will be introduced. The simulation will be performed on the National Renewable Energy Laboratory’s (NREL’s) System Advisor Model (SAM). Chapter 7: A financial analysis of solar thermal power plant will be demonstrated here, calculating investment indexes. Chapter 8: Finally, a demonstration of the most interesting data from the simulation and the conclusions of the thesis.