A probability control and statistical modeling study for the feasibility of large-scale implementation of Seebeck-Peltier modules in ship cladding
Authors: Αρμενάκης Ιωάννης 
Published: August 2023

Η ανάκτηση μέρους της θερμότητας που χάνεται κατά τις βιομηχανικές και εμπορικές δραστηριότητες από την 1η κιόλας Βιομηχανική Επανάσταση έχει εξελιχθεί σε μία σύγχρονη αναζήτηση του Άγιου Δισκοπότηρου. Καθώς τόσο η ενέργεια γενικότερα όσο και η θερμότητα ειδικότερα αποτελούν τη δοκό στήριξης της σύγχρονης κοινωνίας από πλευρά στρατηγική και οικονομική, υπάρχει ένας συνεχής επιστημονικός και τεχνικός αγώνας με στόχο τον εξορθολογισμό της κατανάλωσης ενέργειας και την ελαχιστοποίηση της απώλειας. Προς επίτευξη των ανωτέρω, έχουν ήδη αναπτυχθεί διάφορες τεχνολογίες και αναπτύσσονται ακόμα. Στην έρευνα αυτή, εξετάσθηκε η μεγάλης κλίμακας εγκατάσταση πινάκων θερμοηλεκτρικών στοιχείων σε πλοία. Αυτό το εγχείρημα επιχειρήθηκε αρκετές φορές στο παρελθόν με περιορισμένη επιτυχία λόγω της μεγάλης ανάγκης ψύξης των στοιχείων. Ο σκοπός της έρευνας ήταν η εξέταση εάν η ανάκτηση απολεσμένης θερμότητος θα ήταν δυνατή μέσω των θερμοηλεκτρικών στοιχείων (TEG) και εάν θα ήταν δυνατή η αποτελεσματική ψύχρανση προσαρτώντας τα στην εσωτερική πλευρά του περιβλήματος του σκάφους. Επιχειρήθηκαν διάφορες προσεγγίσεις προς αυτήν την κατεύθυνση, διεξήχθησαν πολυάριθμες προσομοιώσεις, διερευνήθηκε η διεθνής βιβλιογραφία, καθώς επίσης αξιολογήθηκαν τα αρχιτεκτονικά, δομικά, μηχανικά και ηλεκτρικά δεδομένα ενός πραγματικού, σύγχρονου σκάφους μεγάλου μεγέθους. Αποδείχθηκε εξαιρετικά σημαντική η στατιστική διερεύνηση της επίδρασης της διαδρομής του σκάφους κατά τη διάρκεια των τακτικών ταξιδιών στην αποτελεσματικότητα του συστήματος λόγω των εναλλαγών στη θερμοκρασία της θάλασσας. Παρ’ ότι ο ακρογωνιαίος λίθος της παρούσας έρευνας ήταν η ενδελεχής μελέτη της θερμοηλεκτρικής θεωρίας, αυτή αποδείχθηκε ως ένα πολύ διεπιστημονικό έργο. Κατά τη διάρκεια της έρευνας αποδείχθηκε απαραίτητη η εκτεταμένη γνώση της θερμοδυναμικής, της διαχείρισης ηλεκτρικής ενέργειας, ο σχεδιασμός 2D και 3D CAD, οι αναλύσεις FEA CFD, MATLAB ®, SIMULINK ®, PLC, SKADA, καθώς και αρκετών λογισμικών προγραμμάτων στατιστικής. Τα συμπεράσματα της έρευνας αυτής υποδεικνύουν ότι είναι δυνατή η εγκατάσταση και αποτελεσματική λειτουργία ενός συστήματος πινάκων θερμοηλεκτρικών στοιχείων που ψύχονται μέσω της προσάρτησής τους στην εσωτερική πλευρά των πλακών της αρμολογίας του σκάφους. Οι προσομοιώσεις που διεξήχθησαν έδειξαν ότι το ποσό της ενέργειας που μπορεί να ανακτηθεί είναι σημαντικό και ότι το οικονομικό όφελος για τους λειτουργούς του πλοίου είναι όντως εντυπωσιακό. Η ανακτηθείσα ενέργεια ανά τετραγωνικό μέτρο πινάκων υπολογίστηκε στις 92 kWh ανά 24ωρο, εξοικονομώντας έτσι 17,5 κιλά Diesel, τα οποία ειδάλλως θα είχαν χρησιμοποιηθεί από τα ηλεκτροπαράγωγα ζεύγη του πλοίου. Αυτό θα εξοικονομούσε περίπου 68 κιλά διοξειδίου του άνθρακα, εκτός των υπολοίπων αερίων του θερμοκηπίου που θα διαχέονταν στο περιβάλλον. Τα συμπεράσματα της έρευνας αυτής δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να θεωρηθούν ως επίτευξη ολόκληρου του έργου. Κατά την άποψη του συντάκτη συγγραφέα, είναι μάλλον μόνο η αρχή μιας περαιτέρω συζήτησης και διερεύνησης σχετικά με τις τεχνικές προσεγγίσεις που θα πρέπει να ακολουθηθούν για την περάτωση του τελικού σκοπού, ο οποίος ήταν από την αρχή η βελτίωση της αποτελεσματικότητας και η μείωση του οικολογικού αποτυπώματος των θαλάσσιων μεταφορών.