Δυναμική προσομοίωση αδιαβατικού συστήματος αποθήκευσης ενέργειας συμπιεσμένου αέρα (AA-CAES) - Ηλιόπουλος, Φραγκίσκος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων, 2017)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η κατασκευή ενός μοντέλου δυναμικής προσομοίωσης της λειτουργίας ενός αδιαβατικού συστήματος αποθήκευσης ενέργειας συμπιεσμένου αέρα (AA-CAES), μελετήθηκε η συμπεριφορά του συστήματος καθ’ όλη τη διάρκεια του κύκλου λειτουργίας του και καθορίστηκαν οι παράμετροι που επηρεάζουν την απόδοσή του. Στα τρία πρώτα κεφάλαια παρουσιάζεται στον αναγνώστη, κατά σειρά, βιβλιογραφική έρευνα περί των τρόπων αποθήκευσης ενέργειας γενικά, και στη συνέχεια ειδικότερα περί των συμβατικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας συμπιεσμένου αέρα (CAES), και των αδιαβατικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας συμπιεσμένου αέρα (AA-CAES). Στη συνέχεια, περιγράφεται η κατασκευή του μοντέλου, το οποίο δημιουργήθηκε σε περιβάλλον Matlab/Simulink, και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσής του. Το σύστημα AA-CAES που μελετήθηκε φορτίζεται συμπιέζοντας αέρα μέσω μιας διάταξης συμπίεσης τεσσάρων συμπιεστών. Ο αέρας στη συνέχεια αποθηκεύεται σε υπόγεια κοιλότητα, αφού πρώτα μεταφέρει τη θερμότητα που απέκτησε λόγω της συμπίεσής του σε ένα βιομηχανικό έλαιο, το οποίο ρέει από μια ψυχρή προς μία θερμή δεξαμενή. Η εκτόνωση του συμπιεσμένου αέρα για την παραγωγή ηλεκτρική ενέργειας πραγματοποιείται σε μια διάταξη τριών στροβίλων, αφού προηγουμένως του αποδοθεί η αποθηκευμένη στο έλαιο θερμότητα συμπίεσης. Το σύστημα, του οποίου ο κύκλος λειτουργίας ήταν επιθυμητό να διαρκεί περίπου ένα 24ωρο, φορτίζεται σε οκτώ ώρες, καταναλώνοντας κατά μέσο όρο ηλεκτρική ισχύ 55 MW, ενώ εκφορτίζεται σε περίπου τέσσερις, παράγοντας 73 MW ηλεκτρικής ισχύος. Μεταξύ συμπίεσης και εκτόνωσης μεσολαβεί ένα διάστημα αναμονής 12 ωρών. Ο βαθμός απόδοσης του μοντέλου που προσομοιώθηκε είναι 60,73% και συμφωνεί με τις αναφερόμενες τιμές της βιβλιογραφίας. Οι κύριες απώλειες του συστήματος είναι οι απώλειες θερμότητας από τον αέρα εντός της υπόγειας κοιλότητας προς τα τοιχώματά της, και οι απώλειες λόγω εξόδου του θερμού αέρα από τους στροβίλους στην ατμόσφαιρα. Επίσης, διερευνήθηκε η επίδραση πέντε παραμέτρων στο βαθμό απόδοσης του συστήματος, οι οποίοι, κατά φθίνουσα σειρά επιρροής, είναι: ο χρόνος αναμονής, η θερμοκρασία περιβάλλοντος, η παροχή αέρα των συμπιεστών, ο όγκος της κοιλότητας αποθήκευσης και η παροχή αέρα των στροβίλων. Τέλος, πραγματοποιήθηκε επέκταση του μοντέλου, μέσω προσθήκης θαλάμου καύσης φυσικού αερίου πριν τον τελευταίο στρόβιλο, ώστε το σύστημα να μπορεί, σε περιπτώσεις ανάγκης, να ανταποκριθεί σε αυξημένες απαιτήσεις ηλεκτροπαραγωγής. Το γενικό συμπέρασμα που εξήχθηκε είναι ότι τα συστήματα AA-CAES, συνδυάζοντας υψηλή απόδοση και σεβασμό στο περιβάλλον, αποτελούν μια άκρως ελκυστική επιλογή για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας, και όλα δείχνουν πως η επικείμενη βιομηχανοποίησή τους θα αποτελέσει ένα ακόμα βήμα προς την αναγκαία σταδιακή απαγκίστρωση της ενεργειακής βιομηχανίας από την καύση ορυκτών καυσίμων.