Εξεργειακή και οικονομική ανάλυση συστημάτων ηλιακά τροφοδοτούμενου Οργανικού Κύκλου Rankine με χρήση γενετικού αλγόριθμου πολυ-βελτιστοποίησης - Λουμπάρδης, Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων, 2018)
Η συνεχής αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και η εξάντληση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων σε συνδυασμό με το δεδομένο αρνητικό τους αντίκτυπο στο περιβάλλον έχουν στρέψει το ενδιαφέρον προς εναλλακτικές μορφές διεσπαρμένης παραγωγής ενέργειας. Μια από τις πιο δημοφιλείς τεχνολογίες προς αυτή την κατεύθυνση είναι ο Οργανικός Κύκλος Rankine (ORC), ο οποίος δύναται να εκμεταλλευθεί πηγές θερμότητας πολύ χαμηλής θερμοκρασίας. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η απόδοση ενός συστήματος ORC μικρής κλίμακας χαμηλής θερμοκρασίας, τροφοδοτούμενο από ηλιακούς συλλέκτες για εφαρμογή στην περιοχή της Νοτιοανατολικής Μεσογείου. Στα πλαίσια της μελέτης αξιολογήθηκαν πολλαπλά σενάρια συστημάτων, ως προς το εργαζόμενο μέσο, την περιοχή εγκατάστασης των συλλεκτών και των τύπο αυτών. Για κάθε σενάριο αναπτύχθηκε και εκτελέστηκε πολυ-παραμετρικός γενετικός αλγόριθμος για τη βελτιστοποιήση της περιόδου αποπληρωμής και της εξεργειακής απόδοσης τους εκάστοτε συστήματος ως προς την συλλεκτική επιφάνεια και τον όγκο του δοχείου αποθήκευσης ενέργειας για ετήσια προσομοίωση λειτουργίας με ωριαία δεδομένα. Τα αποτελέσματα των γενετικών αλγορίθμων έδειξαν ότι η μεγιστοποίηση της απόδοσης των συστημάτων σε όλες τις περιπτώσεις επιτυγχανόταν για τον ελάχιστο όγκο δοχείου αποθήκευσης, καθώς η παραγόμενη ενέργεια συνέφερε να διοχετεύεται στο δίκτυο άμεσα. Από την άλλη πλευρά, η συσχέτιση με την επιφάνεια των συλλεκτών ήταν πιο σύνθετη και άμεσα επηρεαζόμενη από τις κλιματικές συνθήκες της εκάστοτε πόλης. Η μέγιστη εξεργειακή απόδοση του ζεύγους ηλιακοί συλλέκτες-ORC ήταν της τάξης του 6.2% και σημειώθηκε στην Αθήνα χρησιμοποιώντας R245fa σαν εργαζόμενο μέσο και επίπεδους συλλέκτες. Από την άλλη πλευρά η βέλτιστη περίοδος αποπληρωμής με τιμή ίση με 11.9 έτη σημειώθηκε για την πόλη της Λάρνακας, με εργαζόμενο μέσο το R152a και συλλέκτες παραβολικού κατόπτρου. Επιπλέον, η εξοικονόμηση ενέργειας που συνεπάγεται η λειτουργία του ORC ανάχθηκε σε εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας για την καλύτερη επισκόπηση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η μέγιστη εξοικονόμηση σημειώθηκε σε όλες τις πόλεις με εργαζόμενο μέσο το R152a και για το μέγιστο αριθμό συλλεκτών.