Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΣΟΦΙΑΣ ΠΟΛΟΜΑΡΚΑΚΗ

με θέμα

Μελέτη Συγκεντρωτικού Ηλιοθερμικού Πύργου και Μοντελοποίηση του με Χρήση Λογισμικού

Study Of Concentrating Solar Power (CSP) Station and Simulation Using Software

Πέμπτη 11 Aπριλίου 2019, 2 μ.μ.

Αίθουσα 2041, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη

Εξεταστική Επιτροπή

Kαθηγητής Κωνσταντίνος Καλαϊτζάκης (Επιβλέπων)

Kαθηγητής Γεώργιος Σταυρακάκης

Δρ. Ελευθερία Σεργάκη (ΕΔΙΠ – ΗΜΜΥ)

Περίληψη

       Η τεχνολογία του CSP (Συγκεντρωτικό σύστημα ηλιακής ενέργειας) έχει γίνει πολύ δημοφιλής τα τελευταία χρόνια. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη μεθοδολογίας για την εύκολη μοντελοποίηση και διαστασιολόγηση ενός CSP, λαμβάνοντας υπόψη και της τεχνοοικονομικής ανάλυσης, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η διαστασιολόγηση των κυρίων παραμέτρων που επηρεάζουν την απόδοση του  σταθμού, ώστε να ελαχιστοποιηθεί το κόστος κεφαλαιοποίησης και να μεγιστοποιηθεί η δυνατότητα αποστολής ενέργειας καθώς και η βέλτιστη λειτουργία και το μέγεθος της αποθήκευσης ενός ηλιακού πύργου. Μια επισκόπηση της σχετικά με τα διαθέσιμα λογισμικά διεξάγεται  για τη μοντελοποίηση και την προσομοίωση των σταθμών CSP.

         Στην παρούσα διπλωματική γίνεται μοντελοποίηση ενός CSP και βελτιστοποίηση σημαντικών παραμέτρων του, προσομοιώνοντας τον σταθμό στο πρόγραμμα από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL). Εκπονούνται παραμετρικές μελέτες για τον ίδιο τόπο εγκατάστασης, εξετάζοντας 3 παράγοντες που επηρεάζουν την ισχύ εξόδου του CSP και το LCOE του: το ύψος του πύργου , το ηλιακό πολλαπλό (solarmultiple) και την ηλιακή ακτινοβολία στο σημείο σχεδιασμού. Παρουσιάζονται λεπτομερώς τα  δεδομένα που χρησιμοποιούνται, αναλύοντας τις τιμές των μεταβλητών και με την χρήση του SAM πετυχαίνεται βελτιστοποίηση του συστήματος CSP στο SAM, όσον αφορά την διάταξη - γεωμετρία  του ηλιακού πεδίου και τα βασικά χαρακτηριστικά του βελτιστοποιημένου σταθμού CSP. Η βελτιστοποίηση του συστήματος αποθήκευσης του CSP γίνεται με ανάλυση των εισαγόμενων δεδομένων. Η τεχνοοικονομική ανάλυση (ανάλυσης κύκλου LC) υπολογίζεται για 25 χρόνια μέσω του SAM. Για τις τρεις παραμέτρους μελετιούνται 22 σενάρια, διατηρώντας πάντα μια σταθερή σε τιμή που εμπειρικά έχει αποδειχθεί βέλτιστη και μεταβάλλοντας τις υπόλοιπες, λαμβάνοντας την τρέχουσα νομοθεσία net mettering και CO2 καθώς και τις δυνατότητες επιδότησης. Για κάθε σενάριο, το SAM δίνει αποτελέσματα, πίνακες και διαγράμματα που μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά του συστήματος CSP μέσω αυτών των αλλαγών. Συγκρίνοντας αυτά τα αποτελέσματα και ειδικά εστιάζοντας στο ενεργειακό κόστος και στην παραγωγή ενέργειας, βγάζουμε τα συμπεράσματά μας. Η γεωμετρία του ηλιακού πεδίου για κάθε σενάριο εξετάζεται για γίνει αντιληπτό πώς η γεωμετρία του ηλιακού πεδίου άλλαξε, επηρεασμένη από τα σενάρια και στο τέλος παρουσιάζεται το τελικό βέλτιστο σενάριο με τις καλύτερες τιμές των μεταβλητών  και τα αποτελέσματα συγκρίνονται. Τα αποτελέσματα είναι θετικά και το CSP φαίνεται να είναι βιώσιμα έργα.

Abstract

                The technology of CSP (Concentrated Solar Power systems) has become very popular in the recent years. The purpose of the present thesis is to study modeling, optimal sizing and LC-cycle analysis of a Concentrated Solar Power Tower (CSP) station. A Literature overview is done about the available programs (software) for modeling and simulation of Concentrated Solar Power Tower (CSP) plants. The aim of this thesis is to propose an optimization study how to optimal design the size of a solar tower power system, as also to minimize the capitalization cost and to maximize the energy dispatch capacity.

                In this thesis modeling of a CSP and its optimization of all parameters is implemented, using the free program SAM by National Renewable Energy Laboratory (NREL). Parametric studies are performed for the same localization of a CSP, focusing on 3 factors that affect the performance of the CSP system, the tower height, the solar multiple and the design point DNI, in order to understand how they affect the overall power output of the plant and the LCOE. A detailed presentation of the plant data used is presented, analyzing the values of the variables and then the optimization procedure of CSP system in SAM follows, resulting in the layout of the solar field and basic features of the optimized CSP station. The optimization of the CSP's sizing is done, analyzing the inserted data. After that the LC-cycle-analysis procedure for 25 years in SAM is explained, explaining the used priced due to national laws in Greece and energy trade. Scenarios simulation and results in SAM are implemented for 22 scenarios. For every scenario one factor remains constant on an optimal empirical value, scaling the rest. SAM gives results, tables and diagrams that enabled us understand the behavior of the CSP system through changes. Comparing these results and especially focusing on energy cost and energy production, our conclusions are made. The solar field geometry for every scenario is examined in order to see how the solar field geometry changed, affected by scenarios. The final optimal scenario with the best values of the CSP factors is presented and the results are compared. The results are positive and CSP seems to be sustainable projects.

Key Words: CSP, SAM, Minos CSP Greek plant.