Η συνεχής αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης, η μη ορθολογική χρήση της ενέργειας, η διαρκής εξάρτηση από ορυκτές ενεργειακές πηγές, έχουν δημιουργήσει έντονα περιβαλλοντικά, οικονομικά, πολιτικά και κοινωνικά προβλήματα τις τελευταίες δεκαετίες σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό, εθνικό, αλλά και ατομικό επίπεδο. Το ευρύ φάσμα αυτών των προβλημάτων αποτέλεσε πολλές φορές την αφορμή προβληματισμού της διεθνούς κοινότητας σχετικά με το πρότυπο ανάπτυξης που ακολουθείται και τη χάραξη πολιτικής που θα μπορεί να εξυπηρετεί με επάρκεια και δικαιοσύνη τις σημερινές και μελλοντικές ανάγκες του ανθρώπου. Η ανάγκη για ενεργειακή αυτάρκεια και απεξάρτηση των κρατών από εισαγόμενα καύσιμα, ιδίως από χώρες με ασταθείς πολιτικές και κοινωνικές καταστάσεις, καθώς και η ανάγκη για αποκεντρωμένη ανάπτυξη και τόνωση της τοπικής απασχόλησης ενισχύει την αντίληψη για αλλαγή και κυρίως βελτίωση του σημερινού παγκόσμιου ενεργειακού σκηνικού.
Η Κύπρος ακολουθώντας τις οδηγίες και τους κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχει κάνει την τελευταία δεκαετία σημαντικά βήματα στην αξιοποίηση των ΑΠΕ τα οποία όμως δεν μπορούν σε καμιά περίπτωση να θεωρηθούν επαρκή, δεδομένων των σημερινών ενεργειακών αναγκών. Πολλά δημόσια κτίρια του νησιού καταναλώνουν υπέρογκα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας που επιβαρύνουν οικονομικά το κράτος. Ένα από αυτά είναι και το Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Το τεράστιο μέγεθος του κτιρίου αλλά και η αδιάκοπη λειτουργία των ιατρικών μηχανημάτων οδηγούν σε ένα τεράστιο φορτίο το οποίο πρέπει να ικανοποιείται καθημερινώς. Σε αυτό το πλαίσιο, αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η κατάθεση μιας ολοκληρωμένης πρότασης για την εγκατάσταση ΑΠΕ στο Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Για το σκοπό αυτό μελετάμε τρείς διαφορετικές περιπτώσεις. Η πρώτη αφορά ένα Φ/Β σύστημα διασυνδεδεμένο με το δίκτυο. Η δεύτερη ένα υβριδικό σύστημα διασυνδεμένο στο δίκτυο ενώ στη τελευταία περίπτωση εξετάζεται η ενεργειακή αυτονομία του κτιρίου.
Πολλές είναι εκείνες οι προσπάθειες και έρευνες που έχουν καταβληθεί στον τομέα της ενεργειακής αυτονομίας περιοχών αλλά και κτιρίων με μεγάλη ή μικρότερη επιτυχία, δίνοντας, όμως, πάντα το στίγμα των σημερινών επιταγών που επιβάλλονται από την ανάγκη της κοινωνίας για “καθαρότερες” ενεργειακές μορφές, μικρότερη εξάρτηση από εισαγόμενες πηγές ενέργειας και συστήματα ηλεκτροπαραγωγής με περισσότερη αξιοπιστία. Ο σχεδιασμός και η βελτιστοποίηση αυτών των συστημάτων, τα οποία μπορούν και συνδυάζουν περισσότερες από μία μορφές ενέργειας, είναι το στοίχημα των σημερινών επιστημονικών και τεχνολογικών ερευνών. Σήμερα, ο βέλτιστος συνδυασμός των αυτόνομων υβριδικών ενεργειακών συστημάτων μπορεί να επιτευχθεί μέσω πιθανοτικών, επαναληπτικών, γραφικών ή πολυκριτηριακών τεχνικών, ενώ μέσω της αξιοποίησης των οικονομικών δεικτών (Καθαρή Παρούσα Αξία, Εσωτερικός Βαθμός Απόδοσης, Ανάλυση Κύκλου Ζωής κλπ) επιτυγχάνεται η οικονομοτεχνική αξιολόγηση των συστημάτων αυτών.
Τα τελευταία χρόνια, δεν είναι λίγα τα λογισμικά που έχουν αναπτυχθεί προκειμένου να βοηθούν στο σχεδιασμό, στην τεχνική και οικονομική αξιολόγηση, ή και ακόμα στην αριστοποίησή των ενεργειακών επενδύσεων. Λογισμικά, όπως το EnergyPLAN, το energyPRO, το H2RES, το TRNSYS16, το RETScreen, το PV*SOL και το HOMER, χρησιμοποιούνται ως εργαλεία σχεδιασμού, τεχνικοοικονομικής και περιβαλλοντικής αξιολόγησης ενεργειακών συστημάτων, τα οποία συνδυάζουν μία ή και περισσότερες μορφές ενέργειας και βρίσκονται συνδεδεμένα ή μη στο κεντρικό δίκτυο. Στην περίπτωση της πρότασης της εν λόγω εργασίας χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά HOMER και PV*SOL. Με το πρώτο εργαλείο ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να συνδυάσει πηγές ενέργειας, όπως οι Α/Γ, τα Φ/Β, τα υδροηλεκτρικά, οι κυψέλες υδρογόνου, οι ντιζελογεννήτριες, με μέγεθος που αυτός επιθυμεί, και έπειτα από πλήθος προσομοιώσεων να επιλέξει το σύστημα με τα καλύτερα για αυτόν τεχνικά, οικονομικά και περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά. Από την άλλη, το PV*SOL αποτελεί ένα εργαλείο με το οποίο ο χρήστης μπορεί να σχεδιάσει πλήρως ένα Φ/Β σύστημα συμπεριλαμβανομένου και του κτιρίου ή της περιοχής εγκατάστασης λαμβάνοντας υπόψη κύριους παράγοντες, όπως η σκίαση, που επηρεάζουν την απόδοση του συστήματος.
Βέβαια, η ανάλυση ευαισθησίας σε παραμέτρους των συστημάτων, όπως τα αρχικά κόστη, το ύψος δανεισμού, το επιτόκιο δανεισμού, η περίοδος χρέους και άλλα, μπορούν να διαμορφώσουν πλήθος συσχετισμών που να επιτρέπουν την οικονομική βιωσιμότητα συστημάτων ηλεκτρικής παραγωγής, τα οποία με μια πρώτη ανάγνωση μοιάζουν μη εφικτά και οικονομικά μη συμφέροντα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της συγκεκριμένης διαπίστωσης, που απορρέει από την ανάλυση ευαισθησίας, είναι πως το ύψος των οικονομικών κινήτρων, όπως οι επιδοτήσεις και τα χαμηλότοκα δάνεια, μπορούν να δώσουν ώθηση στην ανάπτυξη συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού από ΑΠΕ, ακόμα και με αποκλειστική χρήση αυτών.
Όλα τα παραπάνω αναλύονται διεξοδικά σε όλη την έκταση της παρούσας εργασίας, αναλύοντας το πρόβλημα τεχνοοικονομικής μελέτης για εγκατάσταση ΑΠΕ στο Γενικό Νοσοκομείο Λεμεσού. Συγκεκριμένα, το Κεφάλαιο 1 αποτελεί μια αναφορά στο σημερινό ενεργειακό πρόβλημα, πως αυτό έχει προσεγγισθεί σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο και τις προσπάθειες που γίνονται προκειμένου να αντιμετωπισθεί με αποτελεσματικότητα. Αναφορά γίνεται ταυτόχρονα και στην ενεργειακή κατάσταση στην οποία βρίσκεται η Κύπρος.
Το Κεφάλαιο 2 περιγράφει πως οι πολιτικές που ακολουθούνται σήμερα συνάδουν με τις Οδηγίες και τους Κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης για ανατροπή του σύγχρονου ενεργειακού σκηνικού. Ο κύριος σχολιασμός πραγματοποιείται επί των πολιτικών που σχετίζονται με την προώθηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και πως αυτές μπορούν σήμερα να εγγυηθούν την ενεργειακή αυτονομία, την ασφάλεια στον ενεργειακό εφοδιασμό και την προστασία του περιβάλλοντος.
Στο Κεφάλαιο 3 αναφέρονται οι βασικές τεχνολογίες και τα χαρακτηριστικά των ΑΠΕ που συμμετέχουν στη δημιουργία των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας που προτείνονται για το Νοσοκομείο Λεμεσού. Συγκεκριμένα, περιγράφονται τα δομικά χαρακτηριστικά των Φ/Β συστημάτων, των ανεμογεννητριών, των αντιστροφέων αλλά και ντιζελογεννητριών, ενώ πραγματοποιείται μια πρώτη προσέγγιση στην παγκόσμια και κυπριακή ενεργειακή αγορά.
Το Κεφάλαιο 4 αποτελεί το σημείο στο οποίο περιγράφεται αναλυτικά η περιοχή μελέτης, οι κλιματολογικές της συνθήκες, ενώ παράλληλα, γίνεται και μια εισαγωγή στα συστήματα που είναι διασυνδεδεμένα με το δίκτυο και τις συνθήκες που πρέπει να πληρούν. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά της νεοεισαχθείς για τα κυπριακά δρόμενα μεθόδου, της τεχνολογίας Συμψηφισμού Μετρήσεων (Net-Metering). Τέλος γίνεται αναφορά για τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα και τις χρήσεις τους.
Στο Κεφάλαιο 5 πραγματοποιείται η τεχνοοικονομική μελέτη εγκατάστασης Φ/Β συστήματος στην οροφή του Νοσοκομείου. Συγκεκριμένα σε πρώτη φάση παρουσιάζονται λεπτομερώς τα βήματα για μια ολοκληρωμένη μελέτη. Στη συνέχεια προβάλλονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης που αφορούν τα κύρια χαρακτηριστικά του συστήματος, όπως η ονομαστική ισχύς, το Καθαρό Παρόν Κόστος, η απόδοση κλπ.
Επεκτείνοντας την αρχική μελέτη, στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η εξομοίωση ενός υβριδικού συστήματος διασυνδεδεμένου στο δίκτυο, στο οποίο εκτός από Φ/Β πλαίσια έχουμε συμπεριλάβει και Α/Γ. Σε δεύτερη φάση μελετάμε ένα σύστημα αυτοπαραγωγής. Για τις δύο αυτές μελέτες χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό HOMER.
Τέλος στο Κεφάλαιο 7, συμπυκνώνονται όλα τα συμπεράσματα και οι παρατηρήσεις των τεχνοοικονομικών και περιβαλλοντικών αξιολογήσεων των συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού, ενώ παράλληλα γίνεται μια σύγκριση σχετικά με τη πιο συμφέρουσα πρόταση με κριτήριο τη μικρότερη αρχική επένδυση με το μεγαλύτερο δυνατό κέρδος. Έχοντας πάντα ως πρωταρχικό στόχο τα κριτήρια αυτά καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η ιδανικότερη λύση είναι η περίπτωση του διασυνδεδεμένου υβριδικού συστήματος, η οποία αποφέρει το μεγαλύτερο κέρδος, μειώνοντας παράλληλα τις εκπομπές ρύπων, αφού χρησιμοποιεί αποκλειστικά ανανεώσιμες πηγές. Στη συνέχεια παρατίθενται κάποιες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα και σε άλλα κτίρια, οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν στην ανατροπή του σημερινού ενεργειακού προβλήματος του νησιού. / The continuous increase in energy consumption, the irrational use of energy, the continuous dependence on fossil energy sources, have generated intense environmental, economic, political and social problems in recent decades at global, European, national, and individual level. The wide range of these problems has often given rise reflection of the international community about the development model followed and policy that can serve with competence and fairness of current and future human needs. The need for energy self-sufficiency and independence of states from imported fuels, particularly from countries with unstable political and social situations, the need for decentralized development and boost local employment reinforces the perception of change and especially improving the current global energy scene.
Cyprus, following the guidelines and European Union regulations, has made important steps in the development of renewable sources the last decade, but which may in no case be considered sufficient, given the current energy needs. Many public buildings on the island consume huge amounts of electricity that cost the state. One of them is the Limassol General Hospital. The sheer size of the building and the uninterrupted operation of medical equipment lead to a huge load which must be met daily. In this context, the subject of this thesis is the submission of a complete proposal for installing RES in Limassol General Hospital. For this purpose we study three different cases. The first concerns a PV system connected to the grid. The second a hybrid system interconnected to the grid while in the last case the energy autonomy of the building is considered.
Many are those efforts and research have been made in the field of energy autonomy areas and buildings, some with large success and some with less, giving, however, always the mark of current requirements imposed by society's need for "cleaner" forms of energy, less dependence on imported energy sources and power systems with more reliability. The design and optimization of these systems, which can combine more than one form of energy, is the bet of the current scientific and technological research. Today, the optimal combination of autonomous hybrid energy systems can be achieved through probabilistic, repetitive, graphics or multicriteria techniques, and through the use of financial indicators (NPV, IRR, LCA etc.) achieve the financial and evaluation systems thereof.
In recent years, there are few software have been developed to assist in the design, technical and economic evaluation, or even in the optimization of energy investments. Software like EnergyPLAN, the energyPRO, the H2RES, the TRNSYS16, the RETScreen, the PV*SOL and HOMER, used as planning tools, logistical and environmental evaluation of energy systems, which combine one or more forms of energy and are connected or not in the grid. In the case of the proposal of this thesis the software HOMER and PV*SOL were used. In the first software, the user is able to combine energy sources, such as WT, the PV, hydroelectric, hydrogen cells, the diesel generators, size he desires, and then a plurality of simulations to select the system the best for this technical, economic and environmental characteristics. On the other hand, PV*SOL is a tool with which the user can fully design a PV system, including the building or installation area taking into account key factors, such as shading, affecting system performance.
Of course, the sensitivity analysis on parameters of systems, including initial costs, the loan amount, the interest rate, the debt term and others, can form correlations that allow the economic viability of the electrical power system, which at first they look not practicably and economically profitable. A typical example of this verification, resulting from the sensitivity analysis, is that the level of financial incentives, such as grants and soft loans, may give impetus to the development of electricity production from RES systems, even with exclusive use.
All the above discussed thoroughly throughout this work, analyzing a techno-economic study for installing RES in Limassol General Hospital. Specifically, Chapter 1 is a reference to the current energy problem that has approximated at global, European and national levels and what efforts are made to address effectively. Reference is made simultaneously in the energy situation of the Cyprus.
Chapter 2 describes how the policies pursued today are in line with the Directives and EU Regulations for the overthrow of modern energy scene. The main commentary is based on the policies related to the promotion of renewable energy and how they can now guarantee energy independence, the security of energy supply and environmental protection.
Chapter 3 sets out the key technologies and characteristics of RES involved in the installation of hybrid power systems proposed for Limassol Hospital. Specifically, the structural characteristics of PV panels, WT, inverters and diesel generators are described, while making a first approach to the global and Cypriot energy market.
In Chapter 4 details of the study area and the climatic conditions are pointed out, while an introduction to the systems which are interconnected through the network and the conditions that must prerequisite, is made. Followed by a reference of the newly introduced, for Cyprus standards, method of Net-Metering. Finally reference to the autonomous hybrid systems and their uses, is made.
In Chapter 5 the techno-economic study of PV system installation on the roof of the hospital is carried out. Initially the steps for a comprehensive study are detailed. Then the results of the simulation on the main features of the system, such as rated power, the Net Present Cost, performance etc are viewed.
Extending the initial study, in Chapter 6, in addition to PV panels we included WT, leading to a hybrid system connected to the grid. In the second phase a self-fed system is proposed. For these studies we used the HOMER software.
Finally, in Chapter 7, all the conclusions and observations of the techno-economic and environmental assessments of power generation systems are concentrated, while the most advantageous proposal in terms of lower initial investment with the greatest possible profit is searched. Having as primary objective that criteria we conclude that the ideal solution is the case of interconnected hybrid system, which offers the most profit while reducing emissions, since it uses only renewable sources. Some proposals for further research and other buildings, which can help to reverse the current energy problem on the island, are suggested.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/8743 |
| Date | 20 May 2015 |
| Creators | Βενιζέλου, Βενιζέλος |
| Contributors | Βοβός, Νικόλαος, Venizelou, Venizelos, Βοβός, Νικόλαος, Αλεξανδρίδης, Αντώνιος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
Page generated in 0.0052 seconds