Σε αυτή τη Διπλωματική εργασία έχει μοντελοποιηθεί ένα υβριδικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, που αποτελείται από ένα υδροηλεκτρικό σταθμό παραγωγής κι ένα αιολικό πάρκο. Η παραγόμενη από αυτά ισχύς τροφοδοτεί ένα μεταβλητό φορτίο που προσομοιώνει την ζήτηση μίας μικρής πόλης. Έχει γίνει μια προσπάθεια ελέγχου τόσο της παραγωγής πραγματικής ισχύος, όσο και του φορτίου με την βοήθεια ασαφών ελεγκτών, με μηχανισμό συμπερασμού που βασίζεται στην συνεπαγωγή Mamdani. / -

>Magister Scientiae - MSc / Fly ash is the most abundant of the waste materials generated from coal combustion in coal-fired power stations. South Africa uses more than 100 million tonnes of low grade bituminous coal annually to produce cheap electricity thereby generating huge amounts of fly ash each year. The disposal of fly ash has been a major concern to the world because of its potential environmental impact due to the possible leaching of the toxic elements contained in fly ash. This study centres on the chemical characterization and leaching behaviour of the fly ashes generated from SASOL Synfuels and ESKOM power station at Secunda and Tutuka in South Africa respectively. The aim is to understand the composition of the fly ashes and to determine the leachability of species from the ashes in order to predict the environmental effect of the different ash handling system of the coalfired stations (wet disposal system in Secunda and dry disposal system in Tutuka). Several leaching methods were employed in this study in order to develop a methodology for evaluating and modelling ash system and were able to discriminate between ash types and model ash handling system. Fly ashes from the two South African coal-fired stations were subjected to total acid-digestion and XRF analyses in order to determine the total amounts of major and minor species contained in the fly ashes. The total acid-digestion test and the XRF analysis revealed that the major species such as Al, Si, Ca, Na, Mg, K, Sr, Ba and S04, and minor species such as Fe, Ti, V, Mn, Cr, Ni and Cu were present in both fly ashes in fairly similar concentrations. The mineralogical characterization by XRD of Secunda and Tutuka fly ashes revealed mullite and quartz as the major mineral phases with minor peaks of CaO and calcite. Several leaching tests and different leaching conditions were employed in this study in order to develop a standardized replicable methodology for environmental impact assessment and for modelling the impact of different ash handling scenarios. The fly ashes were exposed to these different leaf leachant of different pHs on the leachability of species from the fly ashes. To achieve this, DIN-S4, TCLP and ANC tests were employed. The natural pH of the fly ash leachates were very high ranging between 12.56 and 13.08. The DIN-S4 leaching test revealed that the easily soluble species of the fly ashes include Ca, Mg, Na, K and S04 and various toxic elements. The leachates from the TCLP test recorded higher concentrations of Ca, Mg, Na, K and S04 which was attributed to the slight decrease in the pH due to the addition of a acidic leachant with a pH of 2.88. Comparison of the amount leached (DIN-S4) from the fly ashes with the total concentrations of each of the components of the fly ashes (determined by the total acid-digestion), the percentage of each of the readily soluble species ranged from 15-24.23% for Ca, 0.23-0.45% for K, 0.58-0.82% for Na, 0.0047-0.007% for Mg, 0.96-3.33% for Ba and 0.012-1.51 % for S04 per dry mass of each component in the fly ash. The ANC test revealed the effect of a leachant of specified pH on the release of species from the fly ashes with concentrations of the major and minor species leached out of the fly ashes found to be higher than the concentrations released into the leachates when DIN-S4 and TCLP test were considered at specific pH and showed the pH dependence of the solubility and release of species. These tests also showed the effect of the liquid to solid ratio upon leachability of species. In addition to the batch leaching tests mentioned above, dissolution kinetics and up-flow percolation tests were carried out on the fly ashes to determine the leaching behaviours of the fly ashes over time and the factors controlling the release of species from the fly ashes in the long term. The dissolution kinetics test was done for an extended period of 60 days with recycle of the leachant and the up-flow percolation test was carried out with constant leachant renewal until a liquid/solid ratio of 20 was attained (:::::;9d0ays). The geochemical computer code PHREEQC and MINTEQ database was used for geochemical modelling of the leachates at various reaction times and LIS ratios. The geochemical modelling results revealed that the release of the species from the fly ashes is controlled by the solubility of mineral phases in many case except for Na. The release of Ca, S04, Mg, Ba and Sr in the leachates of the fly ashes were predicted to be controlled by portlandite, gypsum, brucite, barite and celestite respectively while birnessite, magnetite, BaCr04, CaMo04 and Ba(As04h were predicted to be the mineral phases controlling the release of Mn, Fe, Cr, Mo and As respectively. The pH of the leachates plays a significant role in the leaching of both major and minor species from the fly ashes. The concentrations of species leached into solution at low pH (ANC and TCLP) were higher than the concentrations released at high pH (DIN-S4, dissolution kinetics and up-flow percolation tests). The amounts of the toxic elements such as As, Se, Cd, Cr and Pb that leached out of the fly ashes when in contact with demineralized water (DIN-S4) were very low and below the target water quality range (TWQR) of South African Department of Water Affairs and Forestry (DWAF), but the amounts of As and Se leached out by acidic leachant applied in the TCLP test and at lower pH ranging between 8 and 10 the case of the ANC test were slightly higher than the TWQR, which is an indication that the pH of the leaching solution and the contact time playa significant role on the leaching of species out of the fly ashes. This study revealed that the leaching of species from the fly ashes depends on various factors which include: physical and chemical characteristics and mineralogical composition of the fly ashes, the total concentrations of species in the ash, the rate of flow through the ash system and more importantly the pH of the leachant to which the ash system is exposed to. The results of different experiments and analysis carried out on the two South African fly ashes (Secunda and Tutuka fly ashes) showed that, despite the high concentrations of soluble species or leachable elements in the fly ashes, the leaching of major, minor and trace elements into the soils and the groundwater could be minimized if certain conditions such as avoiding acidic precipitation that could reduce the pH of the ash system are adhered to. The leaching trends of the species and the geochemical modelling data also showed that the formation of secondary mineral phases could reduce the release of toxic elements, the release of which would require aggressive low pH leachants, high flow rate, high recharge and long-term leaching for the dissolution of the formed mineral phases. In conclusion, the combination of the leaching tests employed in this study gives information on the leaching behaviour of the Secunda and Tutuka fly ashes and the factors controlling the leaching of the elements from the fly ashes. This study has been able to show that elements are leached out of the fly ashes at both alkaline and acidic pH. It is also revealed in the study that the disposal techniques employed by the coal-fired stations which were simulated by using the dissolution kinetics and up-flow percolation tests are adequate methods for modelling of the ash disposal scenario. These two methods show that the dry disposal system at Tutuka will encourage equilibration of the ash/water system thereby facilitating the precipitation of mineral phases that could control the release of both major and minor species from the fly ash, whereas the wet ashing system at Secunda may expose the ash to sufficient flow to rapidly leach species out into the environment.

Sustainable development is described by the World Commission on Environment and Development as ―development that meets the needs of present without compromising the ability of future generations to meet their own needs‖. Sustainability assessments are an integrative process and framework for effective integration of social, economic and ecological considerations in significant decision-making processes. Sustainability is incorporated into South African legislation such as the Constitution of the Republic of South Africa (1996), the National Environmental Management Act (Act 107 of 1998), as well as Environmental Impact Assessment (EIA) Regulations. Despite the existence of such legislation, the challenge lies in the effective implementation of the EIA process, which has been identified as a useful tool in striving towards achieving sustainable development. This research uses Gibson‘s eight sustainability principles and Gaudreau and Gibson‘s sub-criteria to develop a case specific set of sustainability criteria for coal fired power stations in South Africa. The energy generation sector is a major source of social and environmental impacts. Coal power stations contribute to environmental degradation such as reduced air, water and land quality. This industrial process impacts on the environment and therefore needs to strive towards sustainable development by considering these criteria during the EIA process. The set of case specific sustainability criteria for power stations was then used to evaluate the EIA developed for Medupi Power Station in South Africa in order to assess, the extent to which sustainability was considered in the EIA process. The key finding is that sustainability is incorporated into South African legislation hence no change in legislation is required. Despite the existence of legislation, the challenge lies in the fact that is it not always effectively implemented. The EIA process is seen as a tool that can effectively deliver sustainability outcomes. However this process is not effectively utilised. In order for the EIA to consider sustainability the focus needs to be on the following criteria: Intragenerational Equity; Precaution and Adaptation for Resilience; as well as Immediate and Long term Integration, as these were recognised as weaknesses after the evaluation process. The recommendation is also to develop a set of case specific sustainability criteria for other large industries that have significant environmental impacts. / MSc (Environmental Management), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Sustainable development is described by the World Commission on Environment and Development as ―development that meets the needs of present without compromising the ability of future generations to meet their own needs‖. Sustainability assessments are an integrative process and framework for effective integration of social, economic and ecological considerations in significant decision-making processes. Sustainability is incorporated into South African legislation such as the Constitution of the Republic of South Africa (1996), the National Environmental Management Act (Act 107 of 1998), as well as Environmental Impact Assessment (EIA) Regulations. Despite the existence of such legislation, the challenge lies in the effective implementation of the EIA process, which has been identified as a useful tool in striving towards achieving sustainable development. This research uses Gibson‘s eight sustainability principles and Gaudreau and Gibson‘s sub-criteria to develop a case specific set of sustainability criteria for coal fired power stations in South Africa. The energy generation sector is a major source of social and environmental impacts. Coal power stations contribute to environmental degradation such as reduced air, water and land quality. This industrial process impacts on the environment and therefore needs to strive towards sustainable development by considering these criteria during the EIA process. The set of case specific sustainability criteria for power stations was then used to evaluate the EIA developed for Medupi Power Station in South Africa in order to assess, the extent to which sustainability was considered in the EIA process. The key finding is that sustainability is incorporated into South African legislation hence no change in legislation is required. Despite the existence of legislation, the challenge lies in the fact that is it not always effectively implemented. The EIA process is seen as a tool that can effectively deliver sustainability outcomes. However this process is not effectively utilised. In order for the EIA to consider sustainability the focus needs to be on the following criteria: Intragenerational Equity; Precaution and Adaptation for Resilience; as well as Immediate and Long term Integration, as these were recognised as weaknesses after the evaluation process. The recommendation is also to develop a set of case specific sustainability criteria for other large industries that have significant environmental impacts. / MSc (Environmental Management), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Aus der Einleitung: "Durch die Verwendung von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann sowohl die erzeugte elektrische als auch die anfallende thermische Energie genutzt und somit der Nutzungsgrad der eingesetzten Primärenergie deutlich gesteigert werden. Dieses Konzept wird sowohl in Blockheizkraftwerken (BHKW) wie auch in Range Extendern (RE) verwendet (Ferrari et al. 2012). Die bisher geringe Reichweite von Elektrofahrzeugen wird durch die zusätzlich vom RE bereitgestellte elektrische Energie erweitert. ..."

Thesis presented in ful lment of the requirements for the degree of Magister Technologiae in Electrical Engineering at the Cape Peninsula University of Technology, 2013 / The power system is essentially one of the most critical subsystems to any satellite, without some form of power system a satellite would simply cease to function. The research within these pages investigates the areas pertaining to satellite power systems with the main focus towards the CubeSat platform. The end objective of this research was the development of a reliable analogue based switch-mode power system for a CubeSat. The research began with an investigation into the CubeSat platform, the space environment and a basic overview of a satellite and its systems. The research then focussed on satellite power systems, focussing primarily on satellite power system topologies and switch-mode power systems. Various components and concepts surrounding the satellite power system were investigate and included the photovoltaic (PV) solar cell, batteries, satellite power system topologies, protection concepts and typical CubeSat power systems. The nal part of the literature review included research into typical CubeSat power systems. The space environment complicates the design of satellite systems. The developed electrical power system harnessed electrical power from a PV solar panel by means of a fractional opencircuit voltage (FOCV) based maximum power point tracker (MPPT) with the use of a SEPIC DC-DC converter. The use of a SEPIC DC-DC converter allowed the system to operate at a greater e ciency than could be expected from linear designs. The requirement for an e cient system was important as the heat generated by the power system could bring rise to dissipation issues, resulting in over-heating of various components. The design took into account component sizing, as larger components would be more prone to damage during the high accelerations and vibrations associated with being launched into space. The use of a MPPT allowed the power system to better utilise the available PV solar panel power, by maintaining the PV solar panel near its optimum operating voltage. The design slid between MPPT and voltage regulation to harness as much power as possible while not over-charging the Lithium polymer battery. The power system consisted of battery under-voltage protection as well as over-current protection for the attached payloads and satellite subsystems. The SEPIC DC-DC converter was selected over other SMPS topologies, as this topology could be used in a 1U and 3U CubeSat with a wide variety of PV solar panel cell con gurations. The bene ts of this SMPS topology are due to the SEPIC DC-DC converter's ability to produce an output voltage greater than, less than or equal to the input voltage (National Semiconductor, 2008; Texas Instruments, 2008a). This, along with the operation of the FOCV based MPPT, allowed the power system to be very exible. The designed FOCV based MPPT could be pre-set to di ering PV solar cell technologies due to the adjustable ratio between the maximum power point voltage, Vmpp, and the open-circuit voltage, Voc of the PV solar panel. It was decided not to select a Buck or Boost DC-DC converter based power system as this would limit the exibility of the system. Additionally, the SEPIC DC-DC converter brings with it the ability to isolate the input and output voltage upon shut down. This isolation is due to the SEPIC DC-DC converter's coupling capacitor and this topologies operation as described by National Semiconductor (2008) and Texas Instruments (2008a). The prototype was versatile allowing a wide variety of PV solar cell technologies to be used. The wide operating voltage of the prototype allowed the design to be connected to a series or parallel combination of solar cells with an operating voltage of 3 V to 20 V. The power handling capability of the prototype per solar panel channel allows the design to be applied to a 1 U or 3 U CubeSat given that the channel did not exceed 10 W. All components of the prototype operated without fault, e ectively charging the Li-poly battery safely while protecting payloads and subsystems. The SEPIC DC-DC converter utilised by the MPPT achieved an e ciency of 71 % under full load and with an input voltage of 10 V.

Aus der Einleitung: "Durch die Verwendung von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann sowohl die erzeugte elektrische als auch die anfallende thermische Energie genutzt und somit der Nutzungsgrad der eingesetzten Primärenergie deutlich gesteigert werden. Dieses Konzept wird sowohl in Blockheizkraftwerken (BHKW) wie auch in Range Extendern (RE) verwendet (Ferrari et al. 2012). Die bisher geringe Reichweite von Elektrofahrzeugen wird durch die zusätzlich vom RE bereitgestellte elektrische Energie erweitert. ..."

M. Tech. (Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Technology): Vaal University of Technology / Strict environmental regulation on flue gas emission has led to the implementation of FGD technologies in power stations. Wet FGD technology is commonly used because it has high SO2 removal efficiency, high sorbent utilization and due to availability of the sorbent (limestone) used. SO2 is removed by passing flue gas through the absorber where it reacts with the slurry containing calcium ions which is obtained by dissolution. This study presents the findings of the dissolution of a calcium-based material (limestone) for wet FGD process. This was done using a pH stat apparatus and adipic acid as acid titrant. Adipic acid was used because of its buffering effect in wet FGD process. The conditions used for this study are similar to what is encountered in a wet FGD process. The extent of dissolution was determined by analyzing the amount of calcium ions in solution at different dissolution periods. The dissolution kinetics were correlated to the shrinking core model and it was found out that chemical reaction at the surface of the particle is the rate controlling step. This study also investigated the dissolution of coal fly ash and bottom ash. Their dissolution kinetics showed that the diffusion through the product layer was the rate controlling step due to an ash layer formed around the particle. The formation of ash layer was attributed to pozzolanic reaction products which is calcium-alumino-silicate (anorthite) compounds were formed after dissolution. The effect of fly ash on the dissolution of rate of limestone was also studied using response surface methodology. Limestone reactivity was found to increase with increase in the amount of fly ash added and the pH was found to be strong function of the rate constant compared to other dissolution variables. The presence of silica and alumina in fly ash led to a significant increase in the specific surface area due to hydration products formed after dissolution. / Eskom

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση των κυριότερων μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και η ανάλυση όλων των οικονομικών παραμέτρων ώστε να επιτύχουμε τη σχεδίαση του βέλτιστου συστήματος. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία παρουσίαση των κυριότερων μονάδων παραγωγής ενέργειας. Αναφέρονται οι αρχές λειτουργίας και το κύκλωμα πάνω στην οποία βασίζεται ο κάθε σταθμός, ο βαθμός απόδοσης του κάθε συστήματος και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών. Αρχικά παρουσιάζονται οι ατμοηλεκτρικές, οι αεριοστροβιλικές και οι συνδυασμένου κύκλου συμβατικές μονάδες. Εξηγείται ο θερμοδυναμικός κύκλος λειτουργίας του Rankine πάνω στον οποίο βασίζεται η λειτουργία τους και οι προϋποθέσεις βέλτιστης λειτουργίας. Περιγράφεται ο κύκλος λειτουργίας και οι μετατροπές ενέργειας που πραγματοποιούνται στους στροβίλους και τα πρόσθετα μηχανήματα. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς ροής ποταμού και αποθήκευσης ενέργειας. Εξηγείται η μελέτη για την δημιουργία ενός τέτοιου σταθμού, αναλύονται οι υποδομές και οι κτιριακές εγκαταστάσεις που απαιτούνται. Κατόπιν, περιγράφονται οι πυρηνικοί σταθμοί. Αναλύεται η πυρηνική σχάση, παρουσιάζεται ο πυρηνικός αντιδραστήρας και τα είδη του. Εν συνέχεια, επισημαίνονται οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Για τα αιολικά συστήματα μελετάται η εγκατάστασή τους και τα κύρια χαρακτηριστικά τους. Αναφέρεται η δομή της ανεμογεννήτριας, η αρχή λειτουργίας και τα διάφορα είδη ανεμογεννητριών και αιολικών πάρκων που βρίσκουν εφαρμογή σήμερα. Για τα φωτοβολταϊκά συστήματα, περιγράφεται η βασική αρχή λειτουργίας τους, το φωτοβολταϊκό φαινόμενο καθώς και η δομή του συστήματος. Αναλύονται τα συστήματα επίπεδων και συγκεντρωτικών πλαισίων που υπάρχουν και οι διάφορες συσκευές που απαρτίζουν το φωτοβολταϊκό σύστημα. Επίσης, περιγράφονται τα συστήματα που είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο, καθώς και τα απομονωμένα. Κλείνοντας το κεφάλαιο, αναφέρονται τα γεωθερμικά συστήματα, οι κυψέλες καυσίμου και τα συστήματα παραγωγής ηλεκτρισμού από ενέργεια βιομάζας και παλιρροϊκής. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι πηγές ενέργειας και συγκεκριμένα τα ορυκτά καύσιμα. Γίνεται μία κατηγοριοποίηση σύμφωνα με τον ενεργειακό πόρο, εξετάζοντας τα αποθέματα, τη ζήτηση και την παραγωγή τους. Δίνονται πληροφορίες για το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, τον άνθρακα και τα πυρηνικά καύσιμα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον λιγνίτη, λόγω των αποθεμάτων που υπάρχουν στην χώρα μας, και παρατίθεται μία ανάλυση ενός λιγνιτικού θερμοηλεκτρικού συστήματος. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο τρόπος σχεδιασμού ενός βέλτιστου συστήματος. Για την παραγωγή του βέλτιστου συστήματος πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράμετροι που περιλαμβάνουν την πηγή ενέργειας, τον τύπου του ενεργειακού συστήματος, την εκτίμηση του κόστους παραγωγής και των εγκαταστάσεων καθώς και την επιλογή τοποθεσίας. Αυτές οι αποφάσεις βασίζονται σε έναν αριθμό από τεχνικούς, οικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες που είναι σε μεγάλο βαθμό άσχετοι μεταξύ τους. Αναφέρονται οι μέθοδοι υπολογισμού του κόστους συντήρησης και λειτουργίας ενός ενεργειακού συστήματος. Γενικά ως συμπέρασμα δεν μπορούμε να καταλήξουμε σε έναν κανόνα, γιατί η βέλτιστη λύση είναι απόρροια αναγκών, προτεραιοτήτων και παραμέτρων που προκύπτουν σε κάθε περίπτωση Στο τέταρτο κεφάλαιο αναπτύσσεται μία μελέτη οικονομικής φύσεως. Για μια ενεργειακή επένδυση είναι απαραίτητη μία ανάλυση δαπανών του κύκλου ζωής της. Μέσω της ανάλυσης αυτής αξιολογούνται οι συνολικές κύριες και λειτουργικές δαπάνες, λαμβάνεται υπόψη η «χρονική αξία» των χρημάτων και ενσωματώνονται οι διακυμάνσεις στην τιμή των καυσίμων. Η ανάλυση δαπανών κύκλων ζωής εξετάζει το κόστος κατά τη διάρκεια της ζωής του συστήματος και όχι μόνο το αρχικό κόστος. Έτσι είναι ευκολότερη η συγκριτική μελέτη των συστημάτων που θέλουμε να εγκαταστήσουμε. Στο πέμπτο κεφάλαιο ως αποτέλεσμα ενός οικονομικότερου οπότε και βέλτιστου συστήματος αναφέρεται η συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Τα συστήματα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας παράγουν ταυτόχρονα αξιοποιήσιμη ηλεκτρική και θερμική ενέργεια μέσω ενός ενιαίου συστήματος. Η παραγόμενη θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για θερμική χρήση όσο και για ψύξη ή κλιματισμό. Βασικό πλεονέκτημα και κίνητρο εφαρμογής της αποτελεί η αυξημένη απόδοση του συστήματος, έναντι της χωριστής λειτουργίας συμβατικών συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής και θερμικής ενέργειας. Η εξοικονόμηση αυτή προκύπτει από την ανάκτηση και αξιοποίηση της θερμότητας, που διαφορετικά θα απορριπτόταν στο περιβάλλον Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζεται το ελληνικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το Ελληνικό ενεργειακό σύστημα βρίσκεται την τελευταία δεκαετία σε φάση σημαντικών αλλαγών. Η διείσδυση του φυσικού αερίου, η κατασκευή των διευρωπαϊκών δικτύων, η προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εξοικονόμησης ενέργειας και τέλος η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν τα νέα δεδομένα του. Σημαντικές είναι οι επιπτώσεις των νέων αυτών δεδομένων στην ασφάλεια του ενεργειακού εφοδιασμού της χώρας, στην μείωση της εξάρτησης της από το εισαγόμενο πετρέλαιο, με όλα τα συνεπαγόμενα οφέλη στην εθνική οικονομία, στην εξοικονόμηση μη ανανεωνόμενων ενεργειακών πόρων, στην αύξηση της αποδοτικότητας των διαδικασιών παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας, στην προστασία του περιβάλλοντος και τέλος στην βελτίωση των παρεχομένων υπηρεσιών στους καταναλωτές. / The subject of this diploma thesis is the study of the types of electric generation systems and their comparative study. Initially are presented summarizing the basic principles of operation and the particular characteristics of each station. The energy systems being analyzed are steam cycle, gas fired, combined cycle, hydroelectric, nuclear power, solar, wind, geothermal and biomass systems. A brief description of fuels takes place presenting oil, natural gas, coal and its derivatives and nuclear fuels. Accent is given in the lignite and a short description of a lignite thermoelectric station is given. Then, the criteria are mentioned which are suitable for the choice of optimal energy system such as operational and functional costs, prices of fuels, types of generation system and technical and environmental issues. Also an economic study is realized. A life cycle cost analysis that evaluates the total owning and operating cost and takes into account the “time value” of money. Furthermore, the co-production of energy and heat as emanation of the most optimal system is included. Finally, the energy situation that prevails in Greece is presented.

Η παρούσα διπλωματική εργασία συνιστά μια επισκόπηση του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας της νήσου Ικαρίας. Πρόκειται για ένα Αυτόνομο Σύστημα Παραγωγής, που βασίζεται σε έναν Τοπικό Σταθμό Παραγωγής, ισχύος 14 MW, που λειτουργεί με εμβολοφόρες πετρελαιομηχανές. Σκοπός της εργασίας είναι τόσο η μελέτη του συγκεκριμένου συστήματος, αλλά και η γενικότερη προσέγγιση των ΣΗΕ, και ειδικά των ΑΣΠ με τις ιδιαιτερότητες που τα χαρακτηρίζουν. Στην συνέχεια χρησιμοποιείται το λογισμικό προσομοίωσης HOMER Energy, με το οποίο κατασκευάζεται ένα μοντέλο του ΣΗΕ. Το λογισμικό εκτελεί τεχνοοικονομική ανάλυση της λειτουργίας συστημάτων, σε όλο τον κύκλο ζωής τους, και εξάγει συμπεράσματα όσον αφορά την βιωσιμότητα και την βέλτιστη μορφή τους. Με το εργαλείο αυτό διερευνώνται ζητήματα όπως η δυνατότητα διείσδυσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο ΑΣΠ Ικαρίας, καθώς και η μελλοντική λειτουργία του συστήματος, μετά την ένταξη του κατασκευαζόμενου Υβριδικού Ενεργειακού Έργου (αιολικού - υδροηλεκτρικού). Το πρότυπο αυτό έργο, ισχύος μέχρι 6,8 MW, θα επιτρέπει την αποθήκευση ενέργειας, με την μορφή της αντλησιοταμίευσης, σε δεξαμενή νερού. Η μελέτη του ΣΗΕ Ικαρίας συμπληρώνεται με την ανασκόπηση του ζητήματος των κεραυνικών πληγμάτων στις γραμμές μέσης τάσης, όπου γίνεται υπολογισμός των αναμενόμενων σφαλμάτων, σε αντιπαράθεση με καταγεγραμμένα, ενώ προτείνονται λύσεις για την μείωση των προβλημάτων που δημιουργούν οι υπερτάσεις. Η συλλογή των στοιχείων της εργασίας έγινε από επιτόπιες καταγραφές, από δεδομένα που μας διατέθηκαν και από δημοσιευμένες πληροφορίες. Τα στοιχεία αυτά παρουσιάζονται κατά την επισκόπηση, μαζί με απαραίτητες διευκρινήσεις και παραπομπές στην βιβλιογραφία. Στην συνέχεια με τα στοιχεία αυτά κατασκευάζεται το μοντέλο του συστήματος, γίνονται οι υπολογισμοί, και συγκρίνονται τα αποτελέσματα. Αφού στο 1ο Κεφάλαιο δοθούν οι απαραίτητες εισαγωγικές διευκρινήσεις για τα ΣΗΕ και τα ΑΣΠ, και μια αναφορά στις ΑΠΕ, παρουσιάζονται στο 2ο Κεφάλαιο γεωγραφικά στοιχεία για το νησί, και μια σύντομη ιστορική αναδρομή στο ενεργειακό του σύστημα. Η επισκόπηση του ΑΣΠ Ικαρίας ξεκινά στο 3ο Κεφάλαιο με τα στοιχεία της Παραγωγής ενέργειας, περιγράφοντας αναλυτικά τον ΤΣΠ, τις μονάδες και τις εγκαταστάσεις του και αναλύοντας την λειτουργία του. Περιγράφεται έπειτα μία εγκατεστημένη Ανεμογεννήτρια των 600 kW, εξηγείται η λειτουργία της και σημειώνεται η επίδρασή της στην παραγωγή. Παρουσιάζεται το Υβριδικό Ενεργειακό Έργο, οι αρχές λειτουργίας, τα επιμέρους στοιχεία και αναφέρεται η αναμενόμενη συμπεριφορά του. Στην συνέχεια στο 4ο Κεφάλαιο γίνεται η επισκόπηση της Διανομής ενέργειας. Παρουσιάζεται το εναέριο δίκτυο Μέσης Τάσης, ο εξοπλισμός των γραμμών και η γεωγραφική εξάπλωση. Περιγράφονται τα δίκτυα διανομής Χαμηλής Τάσης, από τους Υποσταθμούς μέχρι τους καταναλωτές. Στο 5ο Κεφάλαιο η λειτουργία του ΣΗΕ εξετάζεται σαν σύνολο, με στοιχεία για την παραγόμενη ενέργεια, 28 GWh ετησίως, την εποχιακή και ημερήσια διακύμανση της ισχύος και την μελλοντική αύξηση της κατανάλωσης. Επισημαίνονται έπειτα οι κυριότερες αιτίες σφαλμάτων, οι μηχανισμοί δημιουργίας των συμβάντων κυρίως από καιρικά φαινόμενα, καθώς και η καταγραφή και η αποκατάσταση των βλαβών. Τέλος, στο 6ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η μελλοντική εξέλιξη του συστήματος, μετά την ένταξη του Υβριδικού Έργου, την αναβάθμιση του ΤΣΠ και του δικτύου ΜΤ, και οι προοπτικές για επιπλέον ΑΠΕ. Εκτός από τα Αιολικά συστήματα, εξετάζονται τα Φωτοβολταϊκά και η Γεωθερμία. Αναφέρεται και η ενδεχόμενη διασύνδεση του νησιού με το ηπειρωτικό δίκτυο της χώρας. Στο 7ο κεφάλαιο γίνεται η προσομοίωση του ΣΗΕ, με το λογισμικό HOMER. Παρουσιάζεται το πρόγραμμα, και οι οικονομικές έννοιες που χρησιμοποιεί για την αξιολόγηση των συστημάτων. Η διαδικασία μοντελοποίησης παρουσιάζεται αναλυτικά. Αρχικά κατασκευάζεται το μοντέλο του παρόντος συστήματος, όπου διαπιστώνεται η ορθότητα του μοντέλου σε σχέση με το πραγματικό σύστημα, και σημειώνεται η θετική οικονομική επίδραση της Α/Γ στο ΑΣΠ. Από την άλλη, διαφαίνεται η αδυναμία του προγράμματος να αντιληφθεί τα όρια διείσδυσης ΑΠΕ. Στην συνέχεια, λαμβάνοντας υπόψιν το παραπάνω ζήτημα, εμπλουτίζεται το μοντέλο με επιπλέον ΑΠΕ, και προκύπτει το συμπέρασμα ότι συμφέρει πρωτίστως η εγκατάσταση άλλων 2 Α/Γ, και 200 kWp Φ/Β συστημάτων, αλλά δευτερευόντως και άλλων συνδυασμών, μέχρι 7 Α/Γ συνολικά. Έπειτα, κατασκευάζεται το μοντέλο του Υβριδικού, προσεγγιστικά, λόγω έλλειψης υποστήριξης από το HOMER. Τα αποτελέσματα της εξομοίωσης της λειτουργίας του είναι σε συμφωνία με τα αναμενόμενα. Προκύπτουν επίσης τα εξής συμπεράσματα: (α) Το Έργο είναι οικονομικά βιώσιμο. (β) Η οικονομική επίδοση του Έργου βελτιώνεται με δέσμευση επιπλέον νερού στις δεξαμενές για αντλησιοταμίευση. (γ) Το Έργο υποστηρίζει οικονομικώς Ανεμογεννήτριες μέχρι 10 MW και Φ/Β 2,5 MWp. (δ) Το Έργο δεν επαρκεί για την μελλοντική αύξηση της κατανάλωσης, ακόμα και με επιπλέον ΑΠΕ, εκτός και αν αυξηθεί παράλληλα η ισχύς του ΤΣΠ. Η εργασία ολοκληρώνεται στο 8ο Κεφάλαιο, με το ζήτημα της θεωρητικής πρόβλεψης σφαλμάτων από κεραυνούς. Αφού παρουσιαστεί το φαινόμενο και οι επιπτώσεις του στις γραμμές, γίνεται υπολογισμός των αναμενόμενων σφαλμάτων σε όλο το δίκτυο ΜΤ της Ικαρίας, μήκους 120 km, με την χρήση (α) της απλής μεθόδου Ισοδύναμης Συλλεκτήριας Επιφάνειας, και (β) της μεθόδου που προτείνεται από τον κανονισμό IEEE-1410, περί βελτίωσης της αντικεραυνικής συμπεριφοράς ηλεκτρικών γραμμών. Τα αποτελέσματα δείχνουν πολύ λιγότερα σφάλματα από τα καταγεγραμμένα κάθε χρόνο (90 έναντι 175 μέσο όρο). Εξηγούνται οι βασικότερες αιτίες, όπως η γενικότητα των υπολογισμών, η ασάφεια στις καταγραφές, αλλά και το γεγονός ότι συγκεκριμένα γεωγραφικά σημεία καταπονούνται ιδιαίτερα από κεραυνικά πλήγματα και είναι υπεύθυνα για πολλά σφάλματα. Το τελευταίο, επιδεικνύεται με την μελέτη ενός ορεινού εκτεθειμένου κλάδου των γραμμών, μήκους 2 km, που παρουσιάζει 20,5 ιδιαίτερα καταστροφικά σφάλματα ετησίως, έναντι των 1,5 που αναμένονται. Προτείνονται τέλος κάποιοι οικονομικοί τρόποι προστασίας, με περισσότερους απαγωγείς υπερτάσεων και βελτίωση της γείωσης και της στάθμης μόνωσης της γραμμής. / This diploma thesis is an overview of the Electrical Power System of Ikaria Island. It is an Autonomous Production System, based on a Local Station with diesel engines. The thesis describes the Station, an installed Wind Turbine, and the Hybrid Power Plant under construction. It presents the Distribution System, consisting of overhead medium voltage power lines, as well as the low voltage distribution wiring. It includes information about the power production, the main system faults, and the future development. The study is supplemented by a simulation of the system, using HOMER Energy software, in order to investigate the renewable penetration potential, and to validate the operation of the Hybrid Power Plant. The thesis is concluded with the estimation of lightning faults on the power lines of the island's grid.