- / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα ασχοληθούμε με την αξιολόγηση της προστασίας σε κατανεμημένη παραγωγή. Γενικά η κατανεμημένη παραγωγή, καλύπτει ένα μεγάλο εύρος νέων και παραδοσιακών τεχνολογιών με μικρές μονάδες εγκατεστημένες κοντά στην κατανάλωση και πιστεύεται ότι θα συμβάλει στην κάλυψη ενός μεγάλου μέρους της ενεργειακής ζήτησης στα επόμενα χρόνια με τη δυναμική της είσοδο στην απελευθερωμένη αγορά ενέργειας. Αρχικά γίνεται μια ανασκόπηση της υφιστάμενης παγκόσμιας ενεργειακής κατάστασης. Αναλύονται οι κυριότερες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται, τα οποία κατά συντριπτική πλειοψηφία βασίζονται στους ορυκτούς πόρους. Αποτυπώνεται αφενός, η συνολική συνεισφορά αυτών στην ενεργειακή ζήτηση, αφετέρου τα παγκόσμια αποθέματα αυτών. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η υφιστάμενη κατάσταση στον ηλεκτρικό τομέα, οι αλλαγές που συνεπάγονται με τη απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας, καθώς και το γενικό πλαίσιο και οι ρυθμίσεις που διέπουν τον τομέα της ενέργειας με βάση τα νέα δεδομένα. Γίνεται εισαγωγή και ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής και αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά που συνθέτουν την έννοια αυτής καθώς επίσης γίνεται μια παρουσίαση των κυριότερων τεχνολογιών που ολοκληρώνουν τη κατανεμημένη παραγωγή. Στη συνέχεια ασχολούμαστε με το φαινόμενο της νησιδοποίησης. Η αύξηση της παραγωγής ισχύος από διανεμημένους παραγωγούς καθιστά την εμφάνιση του φαινομένου όλο και συχνότερη. Η ανίχνευση και διακοπή του φαινομένου είναι καθοριστικής σημασίας για την ορθή λειτουργία του Δικτύου και την ασφάλεια του προσωπικού που εργάζεται σε αυτό. Εδώ περιγράφουμε μερικές από τις πιο βασικές εφαρμοζόμενες μεθόδους ανίχνευσης και διακοπής του. Ύστερα παρουσιάζουμε τα βασικά χαρακτηριστικά των μέσων προστασίας έναντι υπερεντάσεων. Προχωράμε σε μελέτη των διατάξεων προστασίας ενός παραδείγματος μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκών με σκοπό τη διασφάλιση της σε περίπτωση εμφάνισης σφαλμάτων. Τέλος αναφερόμαστε σε κάποιες νέες προσεγγίσεις και μελλοντικές τάσεις και προοπτικές για τον καθορισμό των τρόπων ενσωμάτωσης ομαλών τεχνολογιών ΚΠ και τη ρύθμιση θεμάτων σχετικά με τη διασύνδεση και τη λειτουργία τους. / In this work we will do a research about the appraisal of the distributed generation .All in all the distributed generation encloses a great range of new and traditional technologies. Some of them are installed close to the consumption and it is believed that the distributed generation will contribute to cover a great part of the energy demand in the next years. In the beginning we refer to the global energy situation. We analyze the most important technologies of distributed generation and the fuels that are used which are based on the mineral resources. These fuels contribute in the energy demand and we also refer to the global store of fuel. We present the situation of the electric section today, the changes and the regulations that happen in this section day by day. What is more, it is given the meaning of the “distributed generation”, we analyze the basic characteristics of it and we present the most important technologies that complete the distributed generation. Furthermore we refer to the problem of islanding. Because of the fact that the power production is increasing lately, the problem is appeared more and more often. We must look for this phenomenon and stop it immediately in order the network work correctly and the persons who work in this part of network be safe. We describe some of the most important methods of “tracking” the islanding and stopping it. Afterwards we present the basic characteristics of the protection arrangement that we must use in case of errors and short circuits. We continue presenting an instance for a photovoltaic system installation and what sort of protection must be used in order this system to work with safe when errors happen. In the end we refer to what must be done in the future so that the technologies of distributed generation be used more and more often and much more efficiently.

Σε μια μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου (ΜΚΚ), τα βακτήρια που οξειδώνουν την οργανική ύλη συγκρατούνται ξεχωριστά από τον δέκτη ηλεκτρονίων μέσω μιας μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (ΜΑΠ). Τα ηλεκτρόνια περνούν από τα βακτήρια στο ηλεκτρόδιο (άνοδος) που βρίσκεται στον ίδιο θάλαμο με αυτά και στη συνέχεια διοχετεύονται μέσω κυκλώματος στην κάθοδο όπου συνδυάζονται με πρωτόνια και οξυγόνο για να σχηματίσουν νερό. Η διαφορά στο δυναμικό εξαιτίας της ροής των ηλεκτρονίων παράγει το ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτή την κυψελίδα καυσίμου. Σε πρώτη φάση, λοιπόν, η ΜΚΚ περιλαμβάνει συνθετικό μέσο βασισμένο στη γλυκόζη ως καύσιμο και οξυγόνο ως δέκτη ηλεκτρονίων με τεχνητό φορέα ηλεκτρο-νίων και στη συνέχεια γίνεται εμπλουτισμός με ηλεκτροχημικά βακτήρια. Προσδιορίζονται οι βασικοί παράγοντες που επιδρούν περιοριστικά στην παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Οι συνήθεις περιοριστικοί παράγοντες είναι η χαμηλής απόδοσης μεταφορά ηλεκτρονίων από τα κύτταρα στα ηλεκτρόδια, η διέλευση του οξυγόνου μέσω της μεμβράνης επιτρέποντας την αερόβια ανάπτυξη των μικροοργανισμών, το φράξιμο της μεμβράνης και η μικρή επιφάνεια της ανόδου που περιορίζει την απελευθέρωση των ηλεκτρονίων από την άνοδο (Liu et al., 2004; Kim et al., 2004). / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη των μικροδικτύων. Δίνεται ο ορισμός τους, αναλύονται τα δομικά τους μέρη καθώς και η λειτουργία τους. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής πραγματοποιείται μελέτη εγκατάστασης ενός μικροδικτύου ενώ αναλύεται και εξετάζεται, με πειραματικές μετρήσεις, η λειτουργία ενός ήδη εγκατεστημένου μικροδικτύου στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η δημιουργία ενός μικροδικτύου στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Στην παρούσα εργασία έγινε η απαιτούμενη βιβλιογραφική αναζήτηση και η μελέτη του μικροδικτύου, που κατά κύριο λόγο εστιάστηκε στη μελέτη εγκατάστασης της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Επίσης παρουσιάζεται το μοντέλο προσομοίωσης για των φωτοβολταϊκών πλαισίων και εν γένει της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Αρχικά παρουσιάσαμε τα κύρια μέρη που αποτελούν ένα μικροδίκτυο. Εξετάσαμε τις μονάδες παραγωγής και αποθήκευσης καθώς και τις μονάδες που έχουν τον πιο σημαντικό ρόλο σε ένα μικροδίκτυο: τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Ακόμη μελετήθηκαν οι αρχές λειτουργίας των μικροδικτύων και η συμπεριφορά τους υπό διαφορετικές συνθήκες σύνδεσης. Στη συνέχεια μελετήθηκε ένα ήδη εγκατεστημένο μικροδίκτυο στο Κ.Α.Π.Ε ώστε να αποκτηθεί μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των λειτουργιών και των δυνατοτήτων των μικροδικτύων. Στο συγκεκριμένο μικροδίκτυο πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις για την επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας και κατανόηση των παραμέτρων και λειτουργικών του χαρακτηριστικών Το επόμενο βήμα ήταν η ηλεκτρολογική μελέτη και η μελέτη εφαρμογής για το μικροδίκτυο που στοχεύουμε να εγκατασταθεί στο εργαστήριο. Η μελέτη περιορίστηκε στην εγκατάσταση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας και των συσσωρευτών με τις αντίστοιχες μονάδες ηλεκτρικής μετατροπής ενέργειας. Τέλος η φωτοβολταϊκή συστοιχία προσομοιώθηκε στο περιβάλλον του Matlab/Simulink / This thesis deals with the study of Microgrids. We define them, analyzed their structure and function. In this thesis a study of a microgrid installation is carried out. An already established Microgid at the Centre for Renewable Energy is analyzed and a comparison with experimental results is made to confirm its operation. The work was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The aim is to create a Microgrid in Electromechanical Energy Conversion Laboratory. In this study the required literature search and study of Microgrids was completed, which primarily focused on the design of the installation of the photovoltaic array. It also shows the model simulation of photovoltaic modules and overall photovoltaic array. At the beginnibg we presente the main components that make up a microgrid. We examined the production and storage facilities as well as the units that have the most important role in a Microgrid: the electronic power inverters. Yet studied the operating principles of the Microgrid and their behavior under different link conditions. Then we studied a previously established microgrid in order to gain a more complete picture of the functions and capabilities of a Microgrid. In this microgrid measurements were performed to confirm the proper operation and understanding of the parameters and operating characteristics The next step was the electrical design and application study for a microgrid planned to be installed in the laboratory. The study was limited to the installation of the photovoltaic generator and batteries to their respective units of electrical energy conversion. Finally, the photovoltaic array was simulated in the environment of Matlab / Simulink

Στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια για την περιγραφή των νέων μοντέλων δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας που αναμένεται να δώσουν λύσεις στα διάφορα προβλήματα που έχουν κάνει την εμφάνιση τους λόγω της συνεχούς αύξησης στη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Βασισμένα στην αξιοποίηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, τα ΜικροΔίκτυα και κατ’ επέκταση τα Έξυπνα Δίκτυα θεωρούνται οι αντικαταστάτες του παραδοσιακού κεντρικά ελεγχόμενου ηλεκτρικού δικτύου, κάνοντας χρήση των πλεονεκτημάτων της Διεσπαρμένης Παραγωγής. Έπειτα από την αναφορά στο σημαντικό ρόλο των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, περιγράφονται αναλυτικά οι έννοιες της Διεσπαρμένης Παραγωγής, του ΜικροΔικτύου και του Έξυπνου Δικτύου. Οι νέοι αυτοί όροι έχουν ήδη αρχίσει να εισέρχονται στην πραγματικότητα του ηλεκτρικού δικτύου, καθώς υπάρχουν ήδη χρονοδιαγράμματα που επιβάλουν την επιτακτική χρήση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας από τα κράτη, σε μια προσπάθεια να μειωθούν οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου. Οι συνεχώς εξελισσόμενες τεχνολογίες που σχετίζονται με τα νέα πρότυπα του ηλεκτρικού δικτύου παρουσιάζονται επίσης. Είναι πολύ σημαντικό οι τεχνολογίες αυτές να αναπτυχθούν όσο το δυνατόν περισσότερο, ώστε να συμβάλλουν στην άμεση, αποδοτική και οικονομικά ωφέλιμη χρήση της Διεσπαρμένης Παραγωγής και την ομαλή και ασφαλή μετάβαση προς τα Έξυπνα Δίκτυα. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή κάποιων μεθόδων ελέγχου των ΜικροΔικτύων και των βασικών μονάδων που το απαρτίζουν. Παρουσιάζονται η λειτουργία του ΜικροΔικτύου όταν λειτουργεί σε απομόνωση από το υπόλοιπο βασικό δίκτυο και σε σύνδεση με αυτό, καθώς οι επιπτώσεις προγραμματισμένων και μη αποσυνδέσεων από τον βασικό κορμό του δικτύου. Τέλος, βασικό κομμάτι της εργασίας αυτής αποτελεί η προσομοίωση κάποιων βασικών μονάδων του ΜικροΔικτύου, και πιο συγκεκριμένα του Μικροστροβίλου και του Ολοκληρωμένου Συστήματος Κυψελών Καυσίμου Στερεού Οξειδίου. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αυτών παρουσιάζονται και αναλύονται για την αξιολόγηση της χρήσης τους και της σπουδαιότητάς τους σε συγκεκριμένες εφαρμογές. / In the present work we make an effort to describe the new models of electric networks that are expected to give solutions in the various problems that have made their appearance due to the continuous increase in the demand of electric energy. Based in the exploitation of Renewable Sources of Energy, MicroGrids, and as a result the SmartGrids are considered to be the substitutes of traditional central-controlled electric network, making use of the advantages of Distributed Generation. After the quick reference of the important role of Renewable Sources of Energy, the terms of Distributed Generation, MicroGrid and SmartGrid are described analytically . This new terms have already begun to enter the reality of the electric network, as timetables that impose the imperative use of Renewable Sources of Energy already exist,in an effort decrease the emissions of greenhouse gases.The continuously evolving technologies that are related with the new models of electric network are also presented. It is very important that these technologies are developed as much as possible, so that they contribute in a direct, efficient and economically beneficial use of Distributed Generation and the smooth and sure transition towards the SmartGrids. Afterwards we describe certain methods of control of MicroGrids and basic units that compose them. The operation of MicroGrid when it functions in isolation from the basic network and in connection with this is described.Finally, the simulations of certain basic units of Microgrids are described, focusing on Micorturbine and Solid Oxide Fuel Cell system. The results of these simulations are presented and analyzed for the evaluation of their use and their importance in certainapplications.

Το κεντρικό ζήτημα που διαπραγματεύεται η παρούσα διπλωματική εργασία είναι το θέμα της διαχείρισης των απορριμμάτων στις σύγχρονες κοινωνίες με προσανατολισμό την αξιοποίησή τους και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στην Ελλάδα σήμερα παράγονται ημερησίως περίπου 15.000 τόνοι απορριμμάτων, δηλαδή περίπου 5,5 εκατομμύρια τόνοι ετησίως, τα μισά από τα οποία στην Αττική. Μόνο ο όγκος αυτών των απορριμμάτων αποτελεί ζήτημα προς επίλυση. Μέχρι σήμερα ο τρόπος που κυριαρχεί στη διαχείριση αυτού του όγκου απορριμμάτων είναι οι Χώροι Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ). Εδώ πρέπει να σημειώσουμε ότι από το 2008, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει απαγορεύσει την κατασκευή νέων ΧΥΤΑ και έχει επιβάλλει τη μετατροπή των υφιστάμενων ΧΥΤΑ ως ΧΥΤΥ (Χώροι Υγειονομικής Ταφής Υπολειμμάτων). Η δημιουργία ΧΥΤΥ προϋποθέτει χημική επεξεργασία υπολειμμάτων πριν ταφούν και έχει κύκλο ζωής από είκοσι έως τριάντα χρόνια. Στους ΧΥΤΑ σήμερα θάβεται περίπου το 90% του συνολικού όγκου των απορριμμάτων, γεγονός που έχει σημαντικές συνέπειες για το περιβάλλον και τον άνθρωπο, είτε λόγω της εκροής μεθανίου στον αέρα είτε λόγω της μόλυνσης των λεκανών απορροής και των υπογείων υδάτων. Οι ΧΥΤΑ διακρίνονται σε νόμιμους και παράνομους. Νόμιμοι είναι αυτοί που έχουν χωροθετηθεί και διαθέτουν στοιχειώδεις, έστω, μελέτες και μια υποτυπώδη διαχείριση. Δίνουν όμως και τη δυνατότητα ελέγχου και συγκέντρωσης στοιχείων για τα απορρίμματα και επομένως για τους πιθανούς τρόπους επίλυσης του προβλήματος αυτού. Παράλληλα μεγαλύτερο πρόβλημα αποτελούν οι παράνομες χωματερές που λειτουργούν ως τέτοιες αλλά και οι κάθε είδους τυχαίοι χώροι όπως ποτάμια, ρέματα, παραλίες, θάλασσες, λίμνες και κάθε είδους χώροι στην ύπαιθρο που μπορεί να φτάσει κάποιος. Τα προβλήματα που δημιουργούνται από την ανεξέλεγκτη απόθεση των απορριμμάτων ή από την ξεπερασμένη μέθοδο των ΧΥΤΑ δεν είναι στενά περιβαλλοντικά. Οι επιπτώσεις αυτών των πρακτικών είναι επίσης κοινωνικές και οικονομικές και σε πολλά επίπεδα. Από τα προφανή που αφορούν τη μείωση της αξίας της γης κοντά στους χώρους αυτούς, τη μείωση της αξίας των προϊόντων που παράγονται πλησίον των χώρων αυτών, τους αντίστοιχους περιορισμούς στην οικιστική ανάπτυξη αλλά και σε επιχειρηματικά σχέδια. Κεντρικό ζήτημα αυτού του είδους αποτελεί και το πλήγμα στον τουρισμό, ειδικά σε περιοχές που αυτή η οικονομική δραστηριότητα αποτελεί βασική πηγή εισοδημάτων. Σε κάθε περίπτωση, όμως, δεν πρέπει να μας διαφεύγει το γεγονός ότι είναι λάθος μια θεώρηση που αντιμετωπίζει τα απορρίμματα ως «πράγματα για πέταγμα, σκουπίδια». Αυτή η θεώρηση είναι η κεντρική φιλοσοφία της συνέχισης της λειτουργίας πάσης φύσης χωματερών, νόμιμων και μη. Η σύγχρονη αντίληψη σχετικά με τα απορρίμματα αφορά μαζί με την περιβαλλοντική προστασία και τη δημιουργία νέας αξίας. Αφορά, δηλαδή, την ανάπτυξη μεθόδων για την αξιοποίηση των απορριμμάτων με διάφορους στόχους. Ανακύκλωση, παραγωγή νέων προϊόντων, παραγωγή παραπροϊόντων, ενεργειακή αξιοποίηση, κλπ. Στην εργασία αυτή γίνεται αναφορά σε όλες τις μεθόδους αξιοποίησης των απορριμμάτων ενώ επικεντρωνόμαστε στη θερμική επεξεργασία ως κύρια μέθοδο ενεργειακής αξιοποίησης. Η θερμική επεξεργασία και κυρίως η καύση των απορριμμάτων είναι μια πρακτική ευρέως διαδεδομένη στην Ευρώπη για την οποία υπάρχουν επισήμως προδιαγραφές από την Ευρωπαϊκή Ένωση από το 1999, μέσω της οδηγίας 2000/76/EC. Στις περισσότερες χώρες της Ευρώπης λειτουργούν εργοστάσια καύσης των απορριμμάτων με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας παράλληλα με τη μείωση του συνολικού όγκου τους αλλά και την αδρανοποίηση – εξουδετέρωση τοξικών – μολυσματικών παραγόντων. Η διαδικασία της καύσης δε γίνεται χωρίς προεπεξεργασία. Απαιτεί προηγούμενες διεργασίες που αφορούν τη διαλογή, τη μηχανική επεξεργασία, πριν καταλήξουν τα απορρίμματα στη διαδικασία της καύσης. Επομένως, ως μέθοδος η καύση συμβάλλει στη γενικότερη αξιοποίηση των απορριμμάτων και ενισχύει και άλλες μεθόδους και δεν τις καταργεί. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων πρακτικών είναι διαδεδομένα σε χώρες της Ευρώπης που θεωρούνται πρωτοποριακές στις οικολογικές πρακτικές, όπως η Δανία και η Σουηδία. Βεβαίως υπάρχουν και τα μειονεκτήματα της μεθόδου. Αυτά αφορούν την εκπομπή αερίων και βαρέων μετάλλων από τις μονάδες καύσης τα οποία είναι επιβλαβή για το περιβάλλον και τους ανθρώπους. Όμως η πρόοδος στον τομέα αυτό είναι ραγδαία, οι κανονισμοί αυστηροί, οι πρακτικές βελτιούμενες και, σε τελευταία ανάλυση, το ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί δεν είναι αν υπάρχει μια μέθοδος που έχει μόνο πλεονεκτήματα και καθόλου μειονεκτήματα αλλά από τις διαθέσιμες μεθόδους ποια είναι η βέλτιστη. / The central issue that this thesis negotiates is the issue of waste management in modern societies oriented exploitation and production of electricity. In Greece approximately 15,000 tonnes of waste are produced per day, approximately 5.5 million tons annually, half of them in Athens. Only the volume of such waste is an issue to be resolved. Until now the predominant way to manage this volume of waste is the Waste Landfills (landfills). Here we must note that since 2008, the European Union has banned the construction of new landfills and has required the conversion of existing landfills as landfills (landfill debris). The creation of landfills requires chemical treatment before waste is buried, and provides a life cycle of twenty to thirty years. Today about 90% of the total volume of waste is buried in landfills, which has important consequences for the environment and humans, either because of the outflow of methane in air or due to contamination of watersheds and groundwater. Landfills are divided into legal and illegal. Legitimate are those who have sited and elementary, at least, a rudimentary studies and management. They, however, have to control and collect data on waste and therefore allow to search for the possible ways to solve this problem. At the same time the biggest problem is illegal landfills operated as such and all kinds of random places such as rivers, streams, beaches, seas, lakes and all kinds of outdoor spaces that can be reached. The problems created by uncontrolled dumping of waste or the outdated method of landfills are not closely environmentally. The effects of these practices are also social and economic and on many levels. From the obvious results to the reduction in value of land near these areas, reducing the value of products produced near these sites, the corresponding restrictions on residential development and business plans. The central question of this kind is the blow to tourism, especially in areas that economic activity is a major source of income. In each case, however, we must not overlook the fact that it is a wrong approach that addresses the waste as "throwing things, garbage." This approach is the central concept of its continuation in landfills of every kind, legal or not. The modern concept of waste is one with regard to environmental protection and new value creation. This means, the development of methods for the utilization of waste with different objectives. Recycling, manufacturing new products, meat production, energy use, etc. In this paper we refer to all methods of waste utilization and we focus on the thermal treatment as the primary method of energy recovery. The heat treatment and especially the burning of waste is a widespread practice in Europe for which there is a formally issued guideline from the European Union from 1999 through (Directive 2000/76/EC). In most European countries plants for burning waste operate to generate electricity while reducing the total volume and the inactivation - neutralizing toxic – infectious agents. The burning process is done without pretreatment. It requires previous processes for the sorting, mechanical processing, before ending up in waste combustion process. Therefore, as a method of burning contributes to the overall utilization of waste and strengthens and other methods and do not confront with them. Examples of such practices are widespread in European countries that are considered innovative in ecological practices, such as Denmark and Sweden. Certainly there are disadvantages of the method. These relate to the emission of gases and heavy metals from combustion plants which are harmful to the environment and people. But progress in this area is rapid, strict regulations, practices improved and, ultimately, the question to be answered is not whether there is a method that has only advantages and no disadvantages, but from the methods available, which one is the optimum.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μεθόδων περιορισμού των ανυψώσεων τάσης σε δίκτυα διανομής με διεσπαρμένη παραγωγή. Η μελέτη περιλαμβάνει αρχικά την ανάλυση και την εξήγηση του φαινομένου της ανύψωσης της τάσης σε δίκτυα διανομής στα οποία έχουν εγκατασταθεί τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής. Στη συνέχεια αναλύονται οι μέθοδοι αντιμετώπισης αυτού του φαινομένου. Συγκεκριμένα αναλύεται η μέθοδος περιορισμού της αύξησης της τάσης μέσω περιορισμού της ενεργού ισχύος των τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής ή μέσω απορρόφησης άεργου ισχύος ή ακόμη και μέσω συντονισμένου ελέγχου Μ/Σ μεταβλητής λήψης. Αναλύεται επίσης μέθοδος η οποία βασίζεται στη χρήση των Multiagent Systems. Επειδή όμως κεντρικές προσεγγίσεις απαιτούν σημαντικές επενδύσεις σε αισθητήρες, επικοινωνιακά και ελεγκτικά συστήματα , γεγονός που καθιστά την εφαρμογή τους σε μεγάλο αριθμό τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής δύσκολη, προτείνεται μία μέθοδος κατανεμημένου ελέγχου της τάσης. Προτείνονται ακόμη και πιο περίπλοκες μέθοδοι ελέγχου, όπως η ρύθμιση της τάσης που τίθεται ως στόχος από τους αυτόματους ελεγκτές τάσης ή ακόμη και συνδυασμός σταθερού συντελεστή ισχύος με αυτόματο έλεγχο της τάσης. Τέλος, αναλύεται μία μέθοδος ελέγχου της τάσης ενός αιολικού πάρκου μέσω δύο επιπέδων ελέγχου: ενός εποπτικού συστήματος ελέγχου όλου του πάρκου και ενός συστήματος ελέγχου κάθε ανεμογεννήτριας ξεχωριστά. Στη συνέχεια μελετήθηκε μία μέθοδος η οποία έχει ως στόχο της να μην ελέγχει την τάση του ζυγού της διεσπαρμένης παραγωγής αλλά να εξασφαλίζει ότι οι εγχύσεις ισχύος από μόνες τους δεν προκαλούν σημαντικές διαταραχές στην τάση. Αυτό γίνεται μέσω ελέγχου της άεργου ισχύος και περιλαμβάνει την εύρεση της τιμής της άεργου ισχύος που παράγει ή καταναλώνει η διεσπαρμένη γεννήτρια, τέτοιας ώστε η αύξηση της τάσης που προκαλείται από την ενεργό τιμή της γεννήτριας να ελαχιστοποιείται. Η παραπάνω μέθοδος εφαρμόζεται σε ένα ακτινικό δίκτυο ενός ζυγού για δύο περιπτώσεις, για την περίπτωση που στο ζυγό είναι συνδεδεμένο φορτίο και για την περίπτωση που δεν είναι φορτίο συνδεδεμένο. Στο ίδιο δίκτυο και για τις ίδιες περιπτώσεις εφαρμόζεται η μέθοδος σταθερού χωρητικού και επαγωγικού συντελεστή ισχύος και γίνεται σύγκριση των δύο μεθόδων. Η μέθοδος ελέγχου άεργου ισχύος εφαρμόζεται και σε ένα δίκτυο τεσσάρων ζυγών στους οποίους υπάρχουν συνδεδεμένα φορτία. / The purpose of this diploma thesis is to study approaches of voltage rise mitigation in distribution networks with distributed generation. The study at the beginning analyzes and explains the problem of voltage rise in distribution networks in which technologies of distributed generation are installed. Then approaches of mitigating this problem have been proposed. It is proposed an approach based on curtailing the active power generation. It is also suggested to mitigate voltage rise through absorption of reactive power or even through coordinated voltage control using on load tap changing transformers (OLTC). Another approach has been considered for voltage support through multi-agent-based optimization. However centralized approaches require significant investments in sensors, communication and control systems, which makes their application to massive distributed generation situations difficult to implement. Distributed voltage control approaches have also been proposed to limit the voltage rise in feeders where load and generation were considered continuously distributed. More complex distributed approaches have been proposed to control the target voltage of automatic voltage control relays at primary substations and to combine fixed power factor with automatic voltage control.Finally, a method of controlling the voltage of a wind park with two control levels is proposed: a supervisory control system throughout the park and a control system of each individual wind turbine. Then it is studied an approach that aims not to put distributed generation in control of bus voltage but to assure that injections alone do not cause significant voltage perturbations. This is achieved through a power control approach, which consists in finding the value of the generation’s reactive power such that the voltage rise caused by generation’s active power is minimized. The approach is applied to a two-bus radial network, for two load conditions: highly loaded and not loaded. In the same network is also applied a constant leading and lagging power factor approach which is compared with the previous one. The reactive power control approach is also applied to a four-bus highly loaded network.

Η ρύπανση του περιβάλλοντος και η εξάντληση των ορυκτών καυσίμων έχουν φέρει την ανάγκη για νέες ανανεώσιμες πηγές καυσίμων, όπως το υδρογόνο ειδικά όταν παραχθεί με ηλεκτρολυτική μέθοδο. Σ' αυτήν την εργασία, παρασκευάσαμε και αξιολογήσαμε ηλεκτρόδια(λεπτά υμένια) για την αποτελεσματική παραγωγή υδρογόνου. Χρησιμοποιήσαμε την ηλεκτροαπόθεση για την παρασκευή των λεπτών υμενίων σε υπόστρωμα χαλκού. Πιο συγκεκριμένα αποθέσαμε λεπτά υμένια με βάση το νικέλιο. Τα υμένια Ni-Fe, Ni-Zn, Ni-Co-Zn, Ni-Mo-Zn, Ni-Mo-Fe και Ni-Mo-Fe-Zn παρασκευάστηκαν με ηλεκτροαπόθεση. Τα ηλεκτρόδια χρησιμοποιήθηκαν ως κάθοδοι σε μια συσκευή ηλεκτρόλυσης τύπου Hoffmann, ώστε να εξεταστούν ως προς την παραγωγή υδρογόνου. Για περαιτέρω χαρακτηρισμό των ηλεκτροδίων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις υπερδυναμικού για αρκετές πυκνότητες ρεύματος. Μέσω των διαγραμμάτων Tafel λάβαμε χρήσιμα πειραματικά αποτελέσματα όπως η κλίση Tafel και η πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής. Τέλος εικόνες SEM μας έδωσαν πληροφορίες για τη μορφολογια και τις ηλεκτροκαταλυτικές ιδιότητες των λεπτών φιλμ. / The environmental pollution and the depletion of fossil fuels have brought the need for new renewable fuels, such as hydrogen, especially when it has been produced with electrolytic process. In this work, we report on the preparation and evaluation of special electrodes (thin film alloys) for high efficiency H2 production. We are using the electrochemical deposition method copper is used as substrate. In particular we have deposited films of the transition metal Ni on copper substrates. films Ni-Fe, Ni-Zn, Ni-Co-Zn, Ni-Mo-Zn, Ni-Mo-Fe and Ni-Mo-Fe-Zn are produced using the electrochemical deposition method. These electrodes are used as cathodes in an electrolyte cell of the Hoffmann type in order to examine their efficiency in producing hydrogen. Furthermore, in order to consider the individual characteristics of the electrodes, measurements of overpotentional for several current densities were taken. In addition to the previous measurements, the Tafel plot has given useful experimental results. The most important from the Tafel plot, is the Tafel slope and the exchange current density. Finally SEM images gave more accurate results on the morphology and the electrocatalytic properties of the thin film alloys.

Τα τελευταία χρόνια έχουν ενταθεί οι προσπάθειες για την ανάπτυξη νέων και φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογιών για την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, όπως η ηλιακή ενέργεια, με χρήση ευρέως διαθέσιμων και χαμηλού κόστους πρώτων υλών, όπως το νερό και η βιομάζα. Μια πολλά υποσχόμενη διεργασία στην κατεύθυνση αυτή είναι η παραγωγή υδρογόνου μέσω της φωτοκαταλυτικής αναμόρφωσης προϊόντων και παραγώγων βιομάζας σε υδατικά αιωρήματα ημιαγωγών, κυρίως διοξειδίου του τιτανίου (TiO2). Στην παρούσα εργασία μελετάται η δυνατότητα ανάπτυξης φωτοκαταλυτών με βάση το TiO2, οι οποίοι θα χαρακτηρίζονται από υψηλότερη απόκριση στο ορατό και μεγαλύτερη ενεργότητα στην αντίδραση αναμόρφωσης των οργανικών ενώσεων. Οι φωτοκαταλύτες που μελετήθηκαν ήταν TiO2 (Degussa P25) ενισχυμένο με μικρές ποσότητες αμετάλλων (N, P) ή μετάλλων (Li, Na, K, Cs, Ca). Στα υλικά αυτά εναποτέθηκε λευκόχρυσος (0.5 wt.%) με στόχο τη μελέτη της επίδρασής του στη φωτοκαταλυτική ενεργότητα και εκλεκτικότητα Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της αντίδρασης της φωτοκαταλυτικής αναμόρφωσης της γλυκερόλης (εξ.1) σε αιώρημα καταλύτη 0.5% Pt/TiO2, το οποίο ακτινοβολείται με φως στην περιοχή που απορροφά το TiO2. (1) Από τα αποτελέσματα προκύπτει οτι :  H προσθήκη των αμετάλλων (Ν-Ρ) παρότι προκαλεί αύξηση της απόκρισης του φωτοκαταλύτη στο ορατό έχει αρνητικές επιπτώσεις στο ρυθμό παραγωγής υδρογόνου.  H προσθήκη του CaΟ οδηγεί στη δημιουργία νέων ζωνών στο ενεργειακό χάσμα του ημιαγωγού μετατοπίζοντας έτσι την περιοχή απορρόφησης του σε μήκη κύματος που αντιστοιχούν στο ορατό φάσμα, χωρίς όμως η μετατόπιση αυτή να συνοδεύεται από τη δημιουργία ημιαγωγών με βελτιωμένη φωτοκαταλυτική ενεργότητα.  H φωτοκαταλυτική ενεργότητα του TiO2 βελτιώνεται με την προσθήκη αλκαλίων σύμφωνα με την ακόλουθη σειρά TiO2<Na<Cs<Li<K.  Με άυξηση τόσο της έντασης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, όσο και της συγκέντρωσης της γλυκερόλης αλλά και του φωτοκαταλύτη, ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου αυξάνεται / During the last years, intensive efforts have been made for the development of new and environmentally friendly technologies for energy production from renewable sources such as solar energy, using widely available and low cost raw materials, such as water and biomass. A well promising procedure to achieve this goal is the production of hydrogen through the photocatalytic reforming of products and derivatives of biomass in aqueous suspensions, mainly titanium dioxide (TiO2). In the present study, we investigated the potential of developing photocatalysts based on TiO2, that could be characterized by higher response to visible light and higher photocatalytic activity in the reforming of organic compounds. The photocatalysts studied were based on TiO2 (Degussa P25) dopped with small quantities of non-metals (N, P) or metals (Li, Na, K, Cs, Ca). The above were impregnated with platinum (Pt) 0.5 wt.%, in order to study its effect on the photocatalytic activity and selectivity. Moreover, a kinetic study of the reaction of glycerol reforming (Eq.1) in suspension of 0.5% Pt/TiO2 catalyst, irradiated by light in the absorption area of TiO2 was further performed (1) The results show that :  Although the addition of non-metals (N,P) causes an increase in the response of the photocatalyst in visible light, it also has a negative effect on the hydrogen production rate.  The addition of CaΟ results in the formation of new band gap zones of the semiconductor, shifting its absorption area into wavelengths that correspond to visible light, although this shift was not associated with the formation of semiconductors with improved photocatalytic activity.  The photocatalytic activity of TiO2 was improved by the addition of alkali according to the following order TiO2<Na<Cs<Li<K.  The rate of hydrogen production increases by increasing both the power of the induced irradiation, as well as the concentration of glycerol and photocatalyst.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη και τη μοντελοποίηση ενός υβριδικού συστήματος, που αποτελείται από φωτοβολταϊκά και κυψέλες καυσίμου τα οποία τροφοδοτούν ένα μικροδίκτυο. Το φορτίο το οποίο καλείται το σύστημα να καλύψει είναι 30kW και 15kVar. Για τη μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιείται το πρόγραμμα σχεδίασης και προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PSCAD. Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στη συμπεριφορά σε κάποια μεταβατατικά φαινόμενα. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: - Συμπεριφορά συστήματος σε μεταβολές της ηλιοφάνειας. - Απόκριση συστήματος σε μεταβολές του φορτίου. - Τριφασικό και μονοφασικό βραχυκύκλωμα με τη γη στη γραμμή. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές, στην εξέλιξή και στην προοπτική τους στο μέλλον. Στη συνέχεια περιγράφονται τα διάφορα είδη των υβριδικών συστημάτων και γίνεται αναφορά για τη διεσπαρμένη παραγωγή και τα μικροδίκτυα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η λειτουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων, παρουσιάζονται οι I-V και P-V χαρακτηριστικές και στη συνέχεια ακολουθεί αναλυτική περιγραφή του μοντέλου της φωτοβολταϊκής συστοιχίας που θα χρησιμοποιήσουμε στην προσομοίωση στο PScad. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται η λειτουργία των κυψελών καυσίμων και παρουσιάζονται τα διάφορα είδη κυψελών που υπάρχουν στις μέρες μας. Εν συνεχεία ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας της κυψέλης καυσίμου πολυμερούς ηλεκτρολυτικής μεμβράνης PEM FC καθώς αυτό το είδος των κυψελών καυσίμου χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Τέλος, κατασκευάζεται το μοντέλο της PEM FC και ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή του μοντέλου. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται αναφορά στους dc/dc μετατροπείς ανύψωσης τάσης και στις περιοχές λειτουργίας τους. Εν συνεχεία γίνεται διαστασολόγηση του ανυψωτή τάσης και παρουσιάζεται το σύστημα ελέγχου του. Επίσης μελετάται η λειτουργία του ανυψωτή ως ανιχνευτή του σημείου μέγιστης ισχύος της φωτοβολταϊκής συστοιχίας και γίνεται προσομοίωση των κυψελών και της φωτοβολταϊκής συστοιχίας με τους dc/dc μετατροπείς που χρησιμοποιούνται. Στο κεφάλαιο 5 ακολουθεί η περιγραφή της λειτουργίας των μονοφασικών και τριφασικών αντιστροφέων DC/AC και παρουσιάζεται αναλυτικά η στρατηγική της διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM). Τέλος, γίνεται υπολογισμός των τιμών του φίλτρου που τοποθετείται στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια προσομοιώνεται και μελετάται το μοντέλο του αντιστροφέα που χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η πλήρη προσομοίωση του συστήματος. Περιγράφονται επίσης και τα μοντέλα του φορτίου, του Μ/Σ, του δικτύου και της μηχανής παραγωγής σφαλμάτων. Τέλος, παρουσιάζονται και περιγράφονται τα αποτελέσματα των μελετών που πραγματοποιούνται στο σύστημα (απόκριση συστήματος σε κανονικές συνθήκες, απόκριση συστήματος για μεταβολή της ηλιοφάνειας, μελέτη συστήματος στη μεταβολή του φορτίου, προσομοίωση συστήματος για σφάλματα στη γραμμή). / The current diploma thesis presents the study and simulation of a hybrid system, which consists of a Photovoltaic Array (PV) and a Fuel Cell stack (FC), which supports a microgrid. The critical load that the system supports is 30kW and 15kVar. For the system modelling the program of designing and simulation of electric systems PSCAD is used. At this project the interest is focused in the behavior of system in the permanent situation of operation and in the behavior in certain transient phenomena. The transient phenomena that are examined are the following: - Behavior of the system in variations in solar insolation. - System’s response to variations of the load. - Fault analysis (single line to ground and three-phase line to ground short circuit). In Chapter 1 there is a description of renewable energy sources, their development and prospects in the future. Afterwards, the different kinds of hybrid systems are mentioned and there is a reference in distributed generation and microgrids. In Chapter 2 the function of photovoltaic cells and different kinds of photovoltaic technologies are described. Furthermore, I-V and P-V characteristic are presented and then follows an analytical description of the photovoltaic model that we use in our simulation in PScad. In Chapter 3 , the function of the Fuel Cells is described and the different kinds of fuel cells are presented. Afterwards, there is an analytical description of the proton exchange membrane fuel cells (PEM FC) as we use this kind of FC in our system. Finally, the PEM FC model is constructed and an analytical description of the model is made. The Chapter 4 entails information for the dc/dc boost converters and their operating modes. Subsequently the control system of the dc/dc boost converter is presented. Finally, the utilization of the boost converter as a maximum power point tracker is examined and the simulation of the FV and PV with the boost converter is presented. In Chapter 5 there is a description of the function of the single-phase and three-phase dc/ac inverters and the technique of the pulse-width modulation (PWM) is presented. Finally, the value of the output filter of the inverter is calculated and then the model of the dc/ac inverter, which we use in our system, is simulated. In Chapter 6 there is a simulation of the whole system. Furthermore, the models of the load, the transformer and the fault generator are described. Finally, the results of the simulations for which the system was tested is presented (system response to normal conditions, system response to changes in the insolation, System’s response to variations of the load, system response to grid faults).