title: Βέλτιστος ενεργειακός σχεδιασμός για ασφαλή κάλυψη των ενεργειακών αναγκών πλωτής πλατφόρμας - επιστημονικού εργαστηρίου
title: Optimal energy design for the secure energy demand coverage of a floating platform - scientific laboratory
Creators: name: Φιορεντζη Γεωργια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Τα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας κατά κύριο λόγο εμφανίζονται για την αδιάλειπτη λειτουργία σημαντικών συστημάτων, σε περιοχές όπου η σύνδεση με το κεντρικό δίκτυο αποτελεί μία μη συμφέρουσα λύση από οικονομική άποψη ή παρουσιάζει προβλήματα (διακοπές ή μεταβολές τάσης). Ως Υβριδικό Σύστημα Ενέργειας (ΥΣΕ) ορίζεται οποιοδήποτε σύστημα ηλεκτροπαραγωγής, στο οποίο ενσωματώνονται περισσότερες από μία πηγές ενέργειας που λειτουργούν μαζί με τον απαραίτητο υποστηρικτικό εξοπλισμό, συμπεριλαμβανομένης της αποθήκευσης της ενέργειας, με στόχο την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο ή στο σημείο εγκατάστασής του. Καθώς ο ήλιος και ο άνεμος δεν παράγουν κάθε ώρα της ημέρας επαρκή ενέργεια για την κάλυψη του απαιτούμενου φορτίου, η χρήση μίας μονάδας ελεγχόμενου ρυθμού παραγωγής, κρίνεται συνήθως απαραίτητη. Η εργασία αυτή μελετάει το σχεδιασμό και τη λειτουργία ενός αυτόνομου υβριδικού συστήματος ενέργειας και συγκεκριμένα, μίας αυτόνομης πλωτής πλατφόρμας, η οποία πρόκειται να κατασκευαστεί βόρεια του Ηρακλείου. Το υπό μελέτη πλωτό επιστημονικό εργαστήριο συνδυάζει μονάδες ΑΠΕ, μία μονάδα ελεγχόμενου ρυθμού παραγωγής, καθώς και μπαταρίες για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας. Η προσομοίωση και η οικονομοτεχνική ανάλυση πραγματοποιήθηκε στο λογισμικό HOMER (Hybrid Optimization Model for Energy Resources), με σκοπό να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση του συστήματος και η μέγιστη παραγωγή ενέργειας με το μικρότερο δυνατό κόστος.
	Στην παρούσα εργασία μελετάται, ως αρχικό σενάριο, η αυτόνομη λειτουργία της πλωτής πλατφόρμας, έχοντας ως κύριες ενεργειακές πηγές, μία ανεμογεννήτρια, φωτοβολταϊκά στοιχεία και μία γεννήτρια Diesel. Σε επόμενο σενάριο, πραγματοποιήθηκε η μελέτη και η ανάλυση της λειτουργίας του υβριδικού συστήματος με τη χρήση κυψελών καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFCs), ως μονάδα ελεγχόμενου ρυθμού παραγωγής. Για την εκπόνηση των παραπάνω προσομοιώσεων, έγινε η επιλογή δύο διαφορετικών μοντέλων ανεμογεννητριών, ενώ παράλληλα επιλέχθηκαν δύο διαφορετικοί τύποι μπαταριών με σκοπό τη μελέτη όλων των συνδυασμών στοιχείων. Ως τελευταίο σενάριο, μελετήθηκε η σύνδεση της πλωτής πλατφόρμας με το δίκτυο. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το σύστημα αποτελείται μόνο από φωτοβολταϊκά στοιχεία. Οι προσομοιώσεις όλων των παραπάνω συνδυασμών επαναλήφθηκαν για τέσσερα σενάρια πρόβλεψης φορτίου.Τέλος, παρουσιάζονται, αναλύονται και συγκρίνονται τα αποτελέσματα όλων των προσομοιώσεων λειτουργίας του υβριδικού συστήματος. Συγκεκριμένα, στην περίπτωση της μοντελοποίησης της αυτόνομης λειτουργίας της πλατφόρμας, αναλύονται οι περιορισμοί που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την επιλογή του ιδανικού συνδυασμού στοιχείων. Η αξιολόγηση των επιμέρους στοιχείων που αποτελούν το αυτόνομο υβριδικό σύστημα, ως προς την καταλληλότητα, το κόστος, την απόδοση και τη διάρκεια ζωής τους, αποτελεί σημαντικό κριτήριο για την επιλογή του κατάλληλου συνδυασμού στοιχείων, με στόχο την ασφαλή κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του υπό μελέτη πλωτού επιστημονικού εργαστηρίου.

description: Hybrid power systems are mainly implemented for the uninterrupted operation of significant systems, in areas where the connection to the network is an economically unviable solution or presents problems (interruptions or voltage fluctuations). A Hybrid Energy System is any autonomous power system, incorporating more than one energy sources that operate together with the necessary supporting equipment, including energy storage, in order to provide electricity to the network or at the point of installation. The use of a dispatchable power output unit is usually considered necessary, as the energy generated by the sun and wind is not enough for every hour of the day, in order to meet the load requirements. This thesis studies the design and the operation of a Hybrid Energy System, in particular a floating platform, which will be constructed north of Heraklion. The floating science laboratory combines renewable energy power plants, a dispatchable power output unit and a battery storage energy system. The simulation has been implemented in HOMER software (Hybrid Optimization Model for Energy Resources), as the aim of this study is to achieve the optimization of the energy system and the maximum energy production with the minimum cost. The initial case that was studied is the autonomous operation of the floating platform, including as main energy sources, wind turbine, photovoltaic modules and a Diesel generator. Subsequently, the autonomous hybrid system was simulated by using Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs). All the above simulations were conducted with two different models of wind turbines and two different types of batteries, in order to select the most efficient and suitable combination of elements. In the last case, the floating platform was connected to the central grid, in which case only photovoltaic modules were used. The simulations of all the above combinations were conducted for four load prediction scenarios.
Finally all the simulations’ results for the autonomous and grid connected platform are presented, analyzed and compared. In particular, in the case of modeling the platform’s autonomous operation, there are many constraints that have to be taken into consideration. The evaluation of the individual components, in terms of their suitability, cost efficiency and operational lifetime, is an important criterion for selecting the ideal combination of elements, in order to safely meet the energy needs of the floating scientific laboratory.