Βέλτιστη λειτουργία αποθήκης θερμικής ενέργειας που τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκά σε ένα μέσο ελληνικό ξενοδοχείο

Τσιούρης, Ιωάννης

Βέλτιστη λειτουργία αποθήκης θερμικής ενέργειας που τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκά σε ένα μέσο ελληνικό ξενοδοχείο

datacite.contributor.RelatedPerson	Καλαντώνης, Βασίλειος
datacite.contributor.RelatedPerson	Πυργιώτη, Ελευθερία
datacite.contributor.Supervisor	Βοβός, Παναγής
dc.contributor.author	Τσιούρης, Ιωάννης
dc.contributor.other	Τsiouris, Ioannis
dc.date.accessioned	2023-10-11T17:58:56Z
dc.date.available	2023-10-11T17:58:56Z
dc.date.issued	2023-10-11
dc.degree	graduateThesis
dc.description.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την εύρεση του βέλτιστου σεναρίου λειτουργίας ενός ενεργειακού συστήματος με τη χρήση συγκεκριμένης θερμικής αποθήκης ενέργειας (AZELIO TES.POD), η οποία τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκά. Η εργασία υποστηρίζει ότι μέσω συνδυασμένης παραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (CHP) της αποθήκης καλύπτεται σημαντικό μέρος των ηλεκτρικών και θερμικών αναγκών ενός μέσου ελληνικού ξενοδοχείου. To ενεργειακό σύστημα, μέσω της παραγωγής και της αποθήκευσης της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας, εξασφαλίζει τη μέγιστη δυνατή ενεργειακή απεξάρτηση του ξενοδοχείου από το ηλεκτρικό δίκτυο και τις συμβατικές πηγές ενέργειας για το μεγαλύτερο δυνατό οικονομικό κέρδος. Έτσι, προκύπτει μια ικανοποιητικότατη λύση για την κάλυψη των υψηλών ενεργειακών απαιτήσεων των ελληνικών ξενοδοχείου από φθηνή ανανεώσιμη ενέργεια, η οποία καθιστά το ενεργειακό σύστημα οικονομικά βιωσιμότερο και με μηδενικό περιβαλλοντικό αντίκτυπο. Αρχικά, γίνεται σύντομη περιγραφή του ενεργειακού προβλήματος και του ενεργειακού προφίλ των ελληνικών ξενοδοχείων. Αφού επισημανθεί η αναγκαιότητα ενός συστήματος με φ/β πλαίσια και μία θερμική μονάδα αποθήκευσης, περιγράφονται οι αρχές λειτουργία τους. Κατόπιν, η μελέτη εστιάζει στην θερμική αποθήκη AZELIO TES.POD και ειδικότερα στην υπεροχή της έναντι των κοινών συσσωρευτών, στην λειτουργία του κινητήρα Stirling, ο οποίος αποτελεί τη μονάδα μετατροπής ενέργειας, καθώς και στα τεχνικά χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης αποθηκευτικής μονάδας. Εν συνεχεία, από διαθέσιμα ενεργειακά δεδομένα μεγάλου ξενοδοχείου, υπολογίζονται προσεγγιστικά τα ετήσια, τα μηνιαία, τα ημερήσια και τα ωριαία ηλεκτρικά και θερμικά φορτία ενός μέσου ελληνικού ξενοδοχείου, το οποίο προηγουμένως έχει υποστεί ενεργειακή αναβάθμιση. Ύστερα, μέσω προσομοίωσης με χρήση υπολογιστικών εργαλείων, παρουσιάζεται το πρώτο βασικό σενάριο λειτουργίας του ενεργειακού συστήματος, τα αποτελέσματα της οποίας επαληθεύονται από πραγματικό προσομοιωτή της AZELIO. Βάσει αυτού, περιγράφονται οι προσομοιώσεις για επιπλέον τρία σενάρια λειτουργίας του συστήματος, στα οποία διαφέρει είτε ο αριθμός των μονάδων TES.POD είτε η πηγή ενέργειας για την φόρτισή τους. Για κάθε σενάριο, προκύπτει η ποσοστιαία συνεισφορά κάθε πηγής ενέργειας στην κάλυψη των ξενοδοχειακών φορτίων. Επιπρόσθετα, μέσω διαδικασίας κοστολόγησης, υπολογίζεται το αρχικό κόστος επένδυσης του ενεργειακού συστήματος, η εξοικονόμηση χρημάτων που επιτυγχάνεται, συγκριτικά με την περίπτωση αποκλειστικής κάλυψης φορτίων από το δίκτυο, το Σταθμισμένο Κόστος Ενέργειας, ο χρόνος απόσβεσης και το καθαρό κέρδος κάθε σεναρίου, με συνέπεια να επιλέγεται το οικονομικά βέλτιστο από αυτά. Τέλος, η διπλωματική ολοκληρώνεται με την παρουσίαση των τελικών συμπερασμάτων. Από την παραπάνω προσομοίωση, στο βέλτιστο οικονομικά σενάριο επιτυγχάνεται μείωση στην ενεργειακή κατανάλωση ενέργειας από το ηλεκτρικό δίκτυο, καθώς και στο κόστος χρέωσης από αυτό, κατά 3/4 και δικαιώνεται η επιλογή της συγκεκριμένης θερμικής αποθήκης. Πιθανές βελτιώσεις και επεκτάσεις της εργασίας μπορούν να γίνουν μέσω ακριβέστερου υπολογισμού της φ/β παραγωγής ενέργειας και των ξενοδοχειακών φορτίων, με τη χρήση επιπλέον ανανεώσιμής πηγής ενέργειας για την επίτευξη πλήρους αυτονομίας (περισσότερα φ/β πλαίσια, ανεμογεννήτρια κλπ.), με ενεργειακό συμψηφισμό για περαιτέρω οικονομικό κέρδος, καθώς και με τεχνολογική βελτίωση της απόδοσης της θερμικής αποθήκης AZELIO TES.POD.
dc.description.translatedabstract	The present thesis deals with the finding of the optimal operating scenario of an energy system using a specific thermal energy storage (AZELIO TES.POD), which is powered by photovoltaics. The paper argues that through combined heat and power (CHP) production of the storage a significant part of the electrical and thermal needs of an average Greek hotel is covered. The energy system, through the production and storage of the available solar energy, ensures the maximum possible energy independence of the hotel from the electricity grid and conventional energy sources for the greatest possible economic gain. This results in a satisfactory solution to meeting the high energy requirements of Greek hotels with cheap renewable energy, which makes the energy system economically sustainable and with zero environmental impact. Initially, a brief description of the energy problem and the energy profile of Greek hotels is given. After pointing out the necessity of a system with PV panels and a thermal storage unit, the principles of their operation are described. Then, the study focuses on the AZELIO TES.POD thermal storage and especially on its superiority over common accumulators, on the operation of the Stirling engine, which is its energy conversion unit, as well as on the technical characteristics of the specific thermal storage. Furthermore, from available energy data of a large hotel, the annual, monthly, daily and hourly electrical and thermal loads of an average Greek hotel, which has previously undergone an energy upgrade, are approximately calculated. Then, through simulation using calculating tools, the first basic scenario of the energy system operation is presented, the results of which are verified by a real simulator of AZELIO. Based on this, simulations are described for three additional operating scenarios of the system, in which either the number of TES.POD units or the energy source for their charging differs. For each scenario, the percentage contribution of each energy source in meeting hotel loads is derived. In addition, through a costing process, the initial investment cost of the energy system, the achieved money saving compared to the scenario of the exclusive load coverage from the grid, the Levelized Cost of Energy, the depreciation period and the net economic gain for every scenario are calculated, so that the financially optimal one is selected. Finally, the thesis is completed with the presentation of the final conclusions. From the above simulation, the financially optimal scenario achieves a three-quarters (3/4) reduction in energy consumption and the billing costs from the electricity grid and justifies the choice of this specific thermal storage. Possible future improvements and extensions of this thesis can be made through a more accurate calculation of the PV energy production and the hotel loads, by using an additional renewable energy source to achieve full autonomy of the system (more PV panels, wind turbine etc.), through net-metering for further financial gain as well as technological improvements in the performance of the AZELIO TES.POD thermal storage.
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10889/25865
dc.language.iso	el
dc.rights	Attribution 3.0 United States	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/	*
dc.subject	Αποθήκη θερμικής ενέργειας
dc.subject	Φωτοβολταϊκή παραγωγή
dc.subject	Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας
dc.subject	Μέσο ελληνικό ξενοδοχείο
dc.subject	Βέλτιστο σενάριο ενεργειακού συστήματος
dc.subject.alternative	Thermal energy storage
dc.subject.alternative	PV production
dc.subject.alternative	Greek average hotel
dc.subject.alternative	Optimal energy system scenario
dc.title	Βέλτιστη λειτουργία αποθήκης θερμικής ενέργειας που τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκά σε ένα μέσο ελληνικό ξενοδοχείο
dc.title.alternative	Optimal operation of thermal energy storage powered by photovoltaics in an average Greek hotel