Ενεργειακή, εξεργειακή και οικονομική ανάλυση ηλιακά οδηγούμενου συστήματος πολυπαραγωγής - Βέλλιος, Λουκάς (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας, 2018)
Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τη λειτουργία ενός συστήματος πολύ-παραγωγής με χρήση της ηλιακή ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται μία ανάλυση ενός συστήματος πολύ-παραγωγής με βελτιστοποίηση συγκεκριμένων παραμέτρων. Παρακάτω, περιγράφεται όλη η εγκατάσταση αλλά και η μελέτη που έγινε για ολόκληρο το σύστημα. Το σύστημα λοιπόν αποτελείται από τα εξής υποσυστήματα: παραβολικούς συλλέκτες με κάτοπτρο, έναν λέβητα βιομάζας, ένα σύστημα οργανικού κύκλου Rankine(OrganicRankineCycle – ORC), και από ένα σύστημα ψύξης με μηχανική συμπίεση ατμών. Αναλυτικότερα, οι ηλιακού συλλέκτες θερμαίνουν έλαιο το οποίο αποθηκεύεται σε ένα δοχείο αποθήκευσης. Από το δοχείο αποθήκευσης, ένα ποσό θερμότητας το εκμεταλλευόμαστε για περαιτέρω χρήση. Στη συνέχεια, από το δοχείο θερμό έλαιο ανταλλάσσει τη θερμότητά του με το οργανικό μέσο του κύκλου ORC. Το οργανικό μέσο θερμαίνεται μέχρις ότου να υπερθερμανθεί και να οδηγηθεί στον στρόβιλο για εκτόνωση. Στην έξοδο του στροβίλου, το οργανικό μέσο είναι επίσης υπέρθερμος ατμός, του οποίου την θερμότητα εκμεταλλευόμαστε για οποιαδήποτε χρήση. Στον άξονα του στροβίλου, έχουμε συνδέσει μία γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά κι έναν συμπιεστή συμπίεσης ατμών για το σύστημα της ψύξης. Με άλλα λόγια, το ωφέλιμο έργο του στροβίλου μετατρέπεται κυρίως σε ηλεκτρική ενέργεια και ένα μικρό μέρος για τη λειτουργία ενός συστήματος ψύξης με μηχανική συμπίεση ατμών για παραγωγή ψύξης. Τέλος, ο λέβητας βιομάζας βρίσκεται στην έξοδο του ελαίου από το δοχείο αποθήκευσης προς το σύστημα ORC, με σκοπό τη σταθερή θερμοκρασία του ελαίου στην είσοδο του εναλλάκτη στο σύστημα ORC. Πρόκειται για έναν υβριδισμό του συστήματος που κύριο στόχο έχει τη συνεχή και σταθερή λειτουργία του συστήματος ORCκαθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας. Το παραπάνω σύστημα, λοιπόν, μελετήθηκε αφενός μέσω του λογισμικού EES (EngineeringEquationSolver) σε συνθήκες μόνιμης κατάστασης, όπου και βρέθηκε η βέλτιστη τιμή κάποιων παραμέτρων, και αφετέρου μελετήθηκε και δυναμικά μέσω της γλώσσας προγραμματισμού Fortran. Επίσης, ταυτόχρονα έγινε η ενεργειακή και εξεργειακή ανάλυση του συστήματος. Η οικονομική ανάλυση του συστήματος πολύ-παραγωγής, μας υπέδειξε πως πρόκειται για ένα βιώσιμο σύστημα από πλευράς οικονομικών μεγεθών, καθώς ο χρόνος αποπληρωμής είναι μόλις 5 χρόνια περίπου, για λειτουργία της εγκατάστασης σε βάθος 25 χρόνων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε και μία περιβαλλοντική ανάλυση, από όπου προέκυψε πως εξοικονομούνται 125,περίπου, τόνοι διοξειδίου του άνθρακα. Πρακτικά, το σύστημά μας έχεις μηδενικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) καθώς η βιομάζαείναι ανανεώσιμο καύσιμο. Τέλος, από την ανάλυση που πραγματοποιήθηκε, για τη βέλτιστη περίπτωση, 8.203 kWηλεκτρικής ισχύος, 13 περίπου kWθερμότητας και 5 kWψυκτικής ισχύος παράγονται από το εν λόγω σύστημα τριπαραγωγής. Τα εργαζόμενα μέσα που επιλέχθηκαν είναι το TherminolVP-1 (συλλέκτες-δοχείο), το Toluene (ORC) και το R600a (σύστημα ψύξης).