title: Ενεργειακή ανάλυση συστημάτων συνεχούς μεταφοράς εξορυγμένων υλικών
Creators: name: Μπιωτακης Γεωργιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Στην εργασία αυτή διερευνάται η δυνατότητα μετατροπής ενός συστήματος μεταφορικών ταινιών (ταινιόδρομοι) που χρησιμοποιούνται για τη διακίνηση κοκκωδών υλικών σε σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. Εκμεταλλευόμενο την βαρυτική δυναμική ενέργεια του υλικού που βρίσκεται σε ορισμένο υψόμετρο και την κίνηση του με κεκλιμένους ταινιόδρομους μετατρέπει την βαρυτική δυναμική σε ηλεκτρική ενέργεια με τη χρήση ειδικής διάταξης ανάκτησης της ενέργειας. Η διάταξη αυτή αποθήκευσης ενέργειας βασίζεται στην ίδια αρχή με εκείνη του συστήματος αντλιοταμίευσης, αλλά αντί για ταμιευτήρες νερού χρησιμοποιεί σωρούς χαλαρών κοκκωδών υλικών (όπως άμμος, χαλίκι, ή άλλο θραυσμένο υλικό)  που βρίσκονται σε διαφορετικά υψόμετρα. Μπορεί να δώσει λύση για την αποθήκευση ενέργειας σε περιοχές όπου δεν υπάρχει δυνατότητα αντλιοταμίευσης νερού καθώς επίσης να χρησιμοποιηθεί σε περιοχές όπου υπήρχε μεταλλευτική δραστηριότητα και όπου υπάρχουν διαθέσιμες ποσότητες χαλαρών κοκκωδών υλικών και κατάλληλες υψομετρικές διαφορές.  
Με βάση τα υφιστάμενα μοντέλα υπολογισμού της απαιτούμενης ισχύς λειτουργίας των ταινιοδρόμων κατά ISO 5048 και DIN 22101 διερευνάται ποιες παράμετροι επηρεάζουν την απόδοση και την αποθηκευτική ικανότητα ενός τέτοιου συστήματος. Για την διερεύνηση αυτή χρησιμοποιείται η ανάλυση αβεβαιότητας ευαισθησίας. Ως βασικοί παράμετροι απόφασης ορίζονται το μήκος διαδρομής, το πλάτος μεταφορικού ιμάντα, η οριζόντια κλίση ταινιόδρομου, καθώς και η ταχύτητα κίνησης του ιμάντα, ενώ ως παράμετροι με αβεβαιότητα επιλέγονται ο συντελεστής απόδοσης κινητήριου συστήματος, ο συντελεστής πλήρωσης μεταφορικού ιμάντα, ο συντελεστής επιπλήσματος και το ειδικό βάρος του μεταφερόμενου υλικού,  και ο συντελεστής αντιστάσεων λόγω τριβών στα κύλιστρα μεταφοράς.  
Εξετάστηκαν δυο σενάρια που ανταποκρίνονται σε ένα βελτιστοποιημένο σύστημα ταινιοδρόμων και σε ένα τυπικό και υπολογίστηκε η επίδραση των παραμέτρων αβεβαιότητας στην απόδοση του συστήματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τη μεγαλύτερη επίδραση στους δείκτες απόδοσης συστήματος αποθήκευσης ενέργειας είχαν ο συντελεστής πλήρωσης της μεταφορικής ταινίας και ο συντελεστής απόδοσης του κινητήριου συστήματος. Η υπολογισθείσα τιμή για τον συντελεστή αποθήκευσης ενέργειας για το βελτιστοποιημένο σύστημα κυμαίνεται από 0,68-0,90 ενώ για το τυπικό σύστημα κυμαίνεται από 0,44-0,75. Οι τιμές αυτές είναι συγκρίσιμες με άλλα υπάρχοντα συστήματα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας (αντλιοταμίευση, πεπιεσμένος αέρας,  μπαταρίες και περιστρεφόμενοι σφόνδυλοι). Επιπλέον τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας που βασίζονται στη λειτουργία των ταινιοδρόμων έχουν χαμηλότερο κόστος κατασκευής, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, δεν έχουν απώλειες αποθήκευσης και δεν παράγουν απόβλητα κατά τη λειτουργία τους.  
Τέλος τα αποτελέσματα της ανάλυσης υφιστάμενου συστήματος κατηφορικού ταινιόδρομου (εγκατεστημένου σε λατομείο), που εκτός από τη μεταφορά υλικών ανακτά και ενέργεια κατά τη λειτουργία του, έδειξαν ότι η απόδοση του συστήματος είναι μικρότερη από την θεωρητικά υπολογιζόμενη.  Η απόκλιση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι το υφιστάμενο σύστημα δεν έχει σχεδιαστεί ως σύστημα αποθήκευσης ενέργειας αλλά ως σύστημα μεταφοράς εξορυγμένων υλικών. 
description: This study investigates the possibility of converting a conveyor belt system, used for the transportation of bulk materials, into an energy storage system. By harnessing the gravitational potential energy of the material at a certain height and utilizing its movement on inclined conveyor belts, the gravitational energy is converted into electrical energy using regenerative motors. This energy storage system is based on the same principle as the hydro-pumped storage system, but instead of using water reservoirs, it employs piles of loose bulk materials (such as sand, gravel, or other fragmented materials) at different elevations. It can provide a solution for energy storage in areas where water pumping is not feasible, and it can also be utilized in former mining areas, where sufficient quantities of loose bulk materials and suitable height differences are available.
Based on existing computational models for calculating the required operating power of conveyor belts according to ISO 5048 and DIN 22101, this study examines which parameters affect the performance and storage capacity of such a system. Sensitivity uncertainty analysis is used for this investigation. The key decision parameters are defined as the travel length, conveyor belt width, conveyor belt incline, and belt speed, while the parameters with uncertainty include the motor efficiency factor, the belt filling factor, the coefficient of friction, the specific weight of the transported material, and the resistance coefficient due to friction on the idlers.
Two scenarios were examined, corresponding to an optimized conveyor belt system and a typical one, and the effect of uncertainty parameters on the system performance was calculated. The results showed that the conveyor belt's filling factor and the motor system's efficiency factor had the greatest impact on the performance indicators of the energy storage system. The calculated value for the energy storage factor ranged from 0.68 to 0.90 for the optimized system and from 0.44 to 0.75 for the typical system. These values are comparable to other existing energy storage systems (pumped storage, compressed air, batteries, and flywheels). Furthermore, energy storage systems based on conveyor belt operation have lower construction costs, longer lifespans, no storage losses, and do not produce waste during their operation.
Finally, the analysis results of an existing downhill conveyor belt system installed in a quarry, that is used not only to transport materials but also to recover energy during its operation, showed that the system's performance is lower than the theoretically calculated. This deviation is due to the fact that the existing system was not designed as an energy storage system but rather as a material transportation system.