Διαστασιολόγηση, χωροθέτηση και οικονομοτεχνική ανάλυση σεναρίων υβριδικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο νησί της Λέρου

Απλή σελίδα τεκμηρίου
dc.contributor.advisorΚατσαπρακάκης, Δημήτριοςel
dc.contributor.advisorKatsaprakakis, Dimitriosen
dc.contributor.authorΚαλλιτσουνάκης, Νικόλαοςel
dc.contributor.authorKallitsounakis, Nikolaosen
dc.date.accessioned2025-07-03T08:24:07Z
dc.date.available2025-07-03T08:24:07Z
dc.date.issued2025-07-03
dc.description.abstractΣτα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετώνται 3 σενάρια υβριδικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο νησί της Λέρου. Αρχικά παρατίθεται η έννοια των Μη Διασυνδεδεμένων Νησιών (Μ.Δ.Ν.) δίνοντας έμφαση στις προκλήσεις και στις ευκαιρίες που δημιουργούνται. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η λειτουργία των υβριδικών σταθμών και προβάλλονται ενδεικτικά δύο ελληνικά παραδείγματα αυτών, οι υβριδικοί σταθμοί στην Ικαρία και στην Τήλο. Η βασική ενότητα της εργασίας, η οποία εστιάζει στη μελέτη των σεναρίων, ξεκινά με τη συγκέντρωση στοιχείων για το νησί της Λέρου και για το ενεργειακό σύστημα Κω-Καλύμνου, στο οποίο ανήκει το νησί της Λέρου. Η διαστασιολόγηση του πρώτου σεναρίου βασίζεται σε μια χρονοσειρά ζήτησης ισχύος, η οποία αποτελεί το άθροισμα δύο χρονοσειρών. Η πρώτη αντιστοιχεί στις ηλεκτρικές ανάγκες του νησιού. Για να υπολογιστεί, αξιοποιείται η αντίστοιχη χρονοσειρά ολόκληρου του συστήματος Κω-Καλύμνου και με πληθυσμιακή αναγωγή υπολογίζεται η ζητούμενη. Η δεύτερη αντιστοιχεί στις ανάγκες φορτιστών ηλεκτρικών αυτοκινήτων, οι οποίοι θα καλύψουν τις ανάγκες μετακίνησης των μόνιμων κατοίκων του νησιού, θεωρώντας πως τα αυτοκίνητα των πολιτών θα αντικατασταθούν μελλοντικά στο σύνολο τους από ηλεκτροκίνητα. Η συγκεκριμένη χρονοσειρά προκύπτει βάσει του στόλου των αυτοκινήτων που βρίσκονται στο νησί της Λέρου, ενώ το ωριαίο προφίλ της από δεδομένα ημερήσιας ποσοστιαίας απασχόλησης φορτιστών ανάλογα του σημείου εγκατάστασής τους. Ο υβριδικός σταθμός, ο οποίος μελετάται στο πρώτο σενάριο, αποτελείται από ένα αιολικό πάρκο εγκατεστημένης ισχύος 18 MW και ένα αναστρέψιμο υδροηλεκτρικό, με εγκατεστημένη ισχύ αντλιοστασίου 15,5 MW και εγκατεστημένη ισχύ υδροστροβίλων 13,5 MW. Θεωρήθηκε πως ο συγκεκριμένος συνδυασμός αποτελεί τη βέλτιστη μεθοδολογία κάλυψης των ενεργειακών αναγκών ενός απομονωμένου ηλεκτρικά νησιού. Παρουσιάζεται ο αλγόριθμος λειτουργίας του σε ωριαίο βήμα, περιορίζοντας την απευθείας διείσδυση του αιολικού πάρκου, με σκοπό τη διατήρηση της ευρωστίας του συστήματος. Έπειτα αναλύεται το διαθέσιμο αιολικό δυναμικό με τη χρήση Excel, Python και WAsP. Αφού γίνει η πρωταρχική αξιολόγηση, ψηφιοποιούνται οι χάρτες της Λέρου σε περιβάλλον AutoCAD, με σκοπό τη δημιουργία του χάρτη αιολικού δυναμικού του νησιού, χρησιμοποιώντας την υπολογιστική προσομοίωση του WAsP. Γίνεται η επιλογή του κατάλληλου μοντέλου ανεμογεννήτριας βάσει των αναγκών του συστήματος και παρουσιάζονται τα σημαντικότερα κριτήρια χωροθέτησης του αιολικού πάρκου. Ακολουθεί η μελέτη του αναστρέψιμου υδροηλεκτρικού, όπου πραγματοποιείται η τρισδιάστατη σχεδίαση της άνω δεξαμενής. Η τρισδιάστατη σχεδίαση της άνω δεξαμενής πραγματοποιήθηκε στο λογισμικό Autodesk Fusion. Τα τμήματα των σωληνώσεων διαστασιολογήθηκαν ανάλογα με την απαιτούμενη αντοχή τους σε πίεση και την απαιτούμενη παροχή όγκου του εργαζόμενου μέσου και αποτυπώθηκαν τρισδιάστατα σε χάρτες ανάγλυφου του νησιού στο σημείο εγκατάστασης του αναστρέψιμου υδροηλεκτρικού. Η μελέτη του πρώτου σεναρίου ολοκληρώνεται εκπονώντας οικονομοτεχνική μελέτη καθώς και ανάλυση ευαισθησίας του έργου συναρτήσει της τιμής πώλησης της ενέργειας, με τη βιωσιμότητα της επένδυσης να ξεκινάει από τα 0,18 €/kWh. Η συνέχεια γίνεται με τη μελέτη των δύο σεναρίων στην περίπτωση διασύνδεσης του συστήματος Κω-Καλύμνου με το ηπειρωτικό δίκτυο. Καθώς η διασύνδεση του συστήματος βρίσκεται σε διαδικασίες σχεδιασμού, επιβάλλεται η τροποποίηση της διείσδυσης της παραγόμενης ενέργειας, από κάλυψη των ωριαίων αναγκών του νησιού, σε σταθερή ημερήσια λειτουργία. Στο δεύτερο σενάριο οι συνιστώσες του υβριδικού σταθμού που διαστασιολογήθηκαν παραμένουν σταθερές, ενώ στο τρίτο σενάριο η εγκατεστημένη ισχύς του υδροδυναμικού σταθμού αυξάνεται βάσει της χωρητικότητας αποθήκευσης ενέργειας της δεξαμενής του αναστρέψιμου υδροηλεκτρικού, με σκοπό την αύξηση της ενεργειακής ασφάλειας του νησιού. Συγκεκριμένα, η εγκατεστημένη ισχύς αυξάνεται σε 20 MW και 22 MW για τους υδροστροβίλους και το αντλιοστάσιο αντίστοιχα. Παρομοίως με το πρώτο, και τα δύο αυτά σενάρια αξιολογούνται επενδυτικά, εξάγοντας τους βασικούς επενδυτικούς δείκτες για το εκάστοτε σενάριο. Ο υπολογισμός των χρηματοροών σε αυτά τα δύο σενάρια, καθώς η τιμή πώλησης δεν θα είναι σταθερή, θα εξαρτάται από το χρηματιστήριο ενέργειας. Αξιοποιούνται στατιστικά στοιχεία της τιμής πώλησης της ενέργειας σε βάθος 25 ετών, με τα αποτελέσματα να υποδεικνύουν θετική προοπτική.el
dc.description.abstractAs part of the present thesis, three development scenarios of a hybrid power plant on the island of Leros are studied. Initially, the concept of Non-Interconnected Islands (NII) is presented, with emphasis placed on the challenges and opportunities that arise. The operation of hybrid power plants is then described, highlighting two indicative Greek examples: the hybrid power plants on the islands of Ikaria and Tilos. The core section of the thesis, which focuses on the development of the proposed scenarios, begins with the collection of data considering the island of Leros and the Kos-Kalymnos energy system, to which Leros belongs. The dimensioning of the first scenario is based on a demand time series, which is summarizing two time series. The first one corresponds to the island's electricity consumption. To calculate it, the respective time series of the entire Kos-Kalymnos system is used, and through population-based scaling, the required time series is derived. The second series represents the energy consumption of electric vehicle chargers, which are expected to meet the transportation needs of the island's permanent residents, assuming a future complete replacement of internal combustion vehicles with electric ones. This specific time series is derived based on the number of vehicles currently on the island of Leros, while the hourly profile is derived from daily percentage occupancy data for EV chargers depending on the installation point. The hybrid power plant studied in the first scenario consists of a wind park with total installed power of 18 MW and a reverse hydro storage system, comprising a pumping station with total power of 15.5 MW and hydroturbines with total power of 13.5 MW. This configuration is considered the most suitable methodology for covering the energy needs of an electrically isolated island. An hourly step operation algorithm is presented, which limits the direct penetration of the wind farm to maintain system stability. Subsequently, the available wind potential is analyzed using Excel, Python, and WAsP. After the initial evaluation, topographic maps of Leros are digitized in AutoCAD to develop a wind map at an appropriate height from the ground using WAsP wind simulation. A suitable wind turbine model is selected based on the system's requirements, and key sitting criteria for the wind park are outlined. The study then focuses on the reverse hydro station, including the 3D design of the upper reservoir, using Autodesk Fusion software. The pipeline sections were dimensioned based on the required pressure resistance and were visualized in 3D over topographic maps of the island at the installation location of the reverse hydro plant. The first scenario concludes with a techno-economic evaluation and a sensitivity analysis of the project in relation to the energy selling price, showing project viability from a price of €0.18/kWh. The study continues with the development of two alternative scenarios under the assumption of the Kos-Kalymnos system being interconnected with the mainland grid. Since this interconnection is currently under planning, modification is required in the energy penetration approach, from covering the island's hourly needs to a steady daily operation. In the second scenario, the components of the hybrid station remain unchanged in terms of dimensioning, while in the third scenario, the installed power of the reverse hydro component increases based on the reservoir's energy storage, aiming to enhance the island’s energy security. Specifically, the installed power is increased to 20 MW for the hydroturbines and 22 MW for the pumping station. Similarly to the first scenario, both of these are also evaluated from an investment perspective, with key investment indicators extracted for each. The calculation of cash flows in these two scenarios, since the energy selling price will not be fixed, depends on the energy market. Statistical data of energy prices over a 25-year period are utilized, with results indicating a positive outlook.en
dc.identifier.urihttps://apothesis.hmu.gr/handle/123456789/11326
dc.language.isoel
dc.publisherΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subjectΥβριδικός σταθμός
dc.subjectΠαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
dc.subjectΑνανεώσιμες πηγές ενέργειας
dc.subjectHybrid power plant
dc.subjectElectric power production
dc.subjectRenewable energy source
dc.titleΔιαστασιολόγηση, χωροθέτηση και οικονομοτεχνική ανάλυση σεναρίων υβριδικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο νησί της Λέρουel
dc.titleDimensioning, siting, economic and investment evaluation of hybrid power plant scenarios on the island of Lerosen
dc.typeΠτυχιακή Εργασία
heal.academicPublisherIDΕΛΜΕΠΑ Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο
Αρχεία
Πρωτότυπος φάκελος/πακέτο
Τώρα δείχνει 1 - 1 of 1
Μικρογραφία εικόνας
Ονομα:
KallitsounakisNikolaos2025.pdf
Μέγεθος:
4.32 MB
Μορφότυπο:
Adobe Portable Document Format
Λήψη
Φάκελος/Πακέτο αδειών
Τώρα δείχνει 1 - 1 of 1
Δεν υπάρχει διαθέσιμη μικρογραφία
Ονομα:
license.txt
Μέγεθος:
2.17 KB
Μορφότυπο:
Item-specific license agreed upon to submission
Περιγραφή:
Λήψη
Συλλογές
Πτυχιακές εργασίες / Bachelor Theses