title: Βελτιστοποίηση σχεδιασμού συστημάτων αφαλάτωσης με κυματική ενέργεια
title: Design optimization of desalination systems with wave energy
Creators: name: Στεφανακης Κωνσταντινος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Στις μέρες μας γίνεται ολοένα και πιο απαιτητική η ύδρευση μικρών και μεγάλων οικισμών. Η παροχή πόσιμου νερού δεν είναι πάντα εύκολη και συνεπώς αναζητούνται τρόποι κάλυψης των αναγκών σε πόσιμο νερό για κάθε πληθυσμό. Οι παραθαλάσσιες περιοχές υπερτερούν έναντι των χερσαίων λόγω της άμεσης πρόσβασης που διαθέτουν σε νερό, το οποίο έχουν τη δυνατότητα, με τις κατάλληλες μονάδες αφαλάτωσης να αξιοποιήσουν. Εκτός όμως από τη δυνατότητα της υδροδότησης, το νερό της θάλασσας δίνει τη δυνατότητα περαιτέρω αξιοποίησής του. Οι διάφοροι κυματισμοί στην επιφάνεια του νερού που προκαλούνται από τα διάφορα καιρικά φαινόμενα, φέρουν ενέργεια η οποία μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική με χρήση κατάλληλων μετατροπέων κυματικής ενέργειας.
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αφορά τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού μονάδων αφαλάτωσης, οι οποίες λειτουργούν με κυματική ενέργεια. Για τη βελτιστοποίηση έγινε χρήση του αλγορίθμου PSO (Particle Swarm Optimization), ως προς το κόστος λειτουργίας (για αυτόνομα και διασυνδεδεμένα συστήματα) και το κέρδος πώλησης περίσσειας ηλεκτρικής ενέργειας προερχόμενης από τη μετατροπή κυματικής (για διασυνδεδεμένα συστήματα). Η βελτιστοποίηση πραγματοποιείται σε τρεις κατηγορίες συστημάτων, ενώ χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικοί κυματικοί μετατροπείς (Wave Energy Converters - WECs). Η πρώτη κατηγορία είναι τα συμβατικά συστήματα που ηλεκτροδοτούνται αποκλειστικά από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και χρησιμοποιήθηκε ως μέτρο σύγκρισης της απόδοσης αλλά και για τη σύγκριση κόστους λειτουργίας μεταξύ αυτών και των συστημάτων που αξιοποιούν κυματική ενέργεια. Η δεύτερη, είναι τα πλήρως αυτόνομα συστήματα που τροφοδοτούνται αποκλειστικά με κυματική ενέργεια. Η τρίτη και τελευταία κατηγορία συστήματος είναι τα διασυνδεδεμένα, τα οποία συνδυάζουν την τροφοδοσία από το ηλεκτρικό δίκτυο με την τροφοδοσία μέσω κυματικής ενέργειας. Σκοπός είναι να βρεθούν οι βέλτιστοι συνδυασμοί σε αριθμό, των στοιχείων που απαρτίζουν το σύστημα, ικανοποιώντας όχι μόνο τον εκάστοτε στόχο της βελτιστοποίησης, αλλά και τις ανάγκες σε πόσιμο νερό για μια εικοσαετία.
description: Nowadays, the water supply of small and large settlements is becoming more and more demanding. Providing drinking water is not an easy task. Thus, ways are being sought to cover the drinking water needs of each population. Coastal areas have an advantage over inland areas due to the direct access they have to water, which, by utilizing appropriate desalination units, are able to exploit. But apart from the opportunity of water supply, sea water gives the possibility of its further utilization. The waves on the surface of the water caused by various weather conditions, carry energy which can be converted into electrical energy using suitable wave energy converters.
The purpose of this thesis is to optimize the design of desalination units, which operate with wave energy. For the optimization, the PSO (Particle Swarm Optimization) algorithm was used, in terms of operating costs (for autonomous and grid-connected systems) and the profit of selling excess electrical energy derived from the wave conversion (for grid-connected systems). The optimization was performed in three classes of systems, while four different types of wave energy converters (WECs) were used. The first category is the conventional systems that are electrified exclusively from the power supply network. Conventional desalination systems were used not only as a measure of performance comparison, but also for the comparison of operating costs between them and the systems that utilize wave energy. The second system class is the fully autonomous systems powered exclusively by wave energy. The third and final category is the grid-connected systems, which combine power from the electric grid with power obtained from wave energy. The objective is to find the optimal quantity combination of the various elements that synthesize the system, satisfying both the optimization goals, and the potable water needs for a twenty-year period.