Σύνθεση Ενεργειακών Συστημάτων

Το μάθημα αποσκοπεί στη σύνοψη των γνώσεων από προηγούμενα μαθήματα (μηχανική ρευστών, υδροδυναμικές μηχανές, Μ.Ε.Κ., αιολικά πάρκα, Θέρμανση – Ψύξη – Κλιμαστισμό κλπ) με σκοπό να καταδείξει τον τρόπο με τον οποίο οι γνώσεις αυτές ενοποιούνται και συμβάλουν από κοινού στη μελέτη ενεργειακών συστημάτων. Τούτο επιτυγχάνεται μέσω της μελέτης εφαρμοσμένων παραδειγμάτων συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Άρα το μάθημα αποτελεί το συνδετικό κρίκο ανάμεσα στη θεωρία, που έχει προηγηθεί στα μαθήματα των προηγούμενων εξαμήνων, και στην πράξη.

Με την ολοκλήρωση των παραδόσεων οι φοιτητές θα πρέπει να:

• έχουν κατανοήσει τις βασικές έννοιες της ενέργειας και της ισχύος και να έχουν εξοικειωθεί με τις μονάδες μέτρησής τους
• έχουν συλλάβει την έννοια του ενεργειακού συστήματος
• έχουν κατανοήσει τι συνεπάγεται η διαδικασία βελτιστοποίησης διαστασιολόγησης ενός ενεργειακού συστήματος και να είναι σε θέση να συντάξουν μεθόδους διαστασιολόγησης με διαφορετικά κριτήρια βελτιστοποίησης
• έχουν αναπτύξει κριτική σκέψη σχετικά με τη βέλτιση επιλογή διαθέσιμων τεχνολογιών παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας και να είναι σε θέση να τεκμηριώσουν τις επιλογές τους σχετικά με τη σύνθεση ενός ενεργειακού συστήματος
• είναι σε θέση να συντάξει μία πλήρη μελέτη διαστασιολόγησης και προσομοίωσης λειτουργίας ενεργειακού συστήματος, ξεκινώντας από την αναζήτηση των απαιτούμενων δεδομένων από τις όποιες διαθέσιμες πηγές, την εκτέλεση υπολογιστικών υπολογισμών, έως την τελική σύνταξη και παράδοση του τεύχους μελέτης
• είναι σε θέση να εκπονήσουν μία πλήρη μελέτη οικονομικής αξιολόγησης ενεργειακού συστήματος
• έχουν συλλάβει τη σημασία της ενέργειας ως καταναλωτικό προϊόν και τον αναπτυξιακό ρόλο που μπορεί να έχει σε τοπικό και εθνικό επίπεδο

είναι σε θέση να αναπτύξουν ρόλο ηγετικό προς την προώθηση αναπτυξιακών ενεργεαικών έργων προς τον επενδυτικό χώρο και προς τοπικό – εθνικό επίπεδο.

Το μάθημα πραγματεύεται θέματα που αφορούν στη συνδυασμένη λειτουργία μηχανών μετατροπής ενέργειας. Αρχικά δίνονται ορισμοί για βασικά μεγέθη που εμπλέκονται στη μελέτη ενεργειακών συστημάτων και γενικότερα στη μετατροπή ενέργειας, όπως πρωτογενής, αρχική και τελική ενέργεια, επιμέρους και συνολική απόδοση ενεργειακών μηχανών και συστημάτων κλπ. Επίσης ορίζονται και εξετάζονται οι δύο βασικές συνδεσμολογίες συνδυασμένης λειτουργίας ενεργειακών μηχανών:

• συνδεσμολογία εν σειρά
• συνδεσμολογία παράλληλα

για τις οποίες αναπτύσσονται σχέσεις και βασικές αρχές που ισχύουν και καθορίζουν βασικά χαρακτηριστικά του συνολικού ενεργειακού συστήματος (π.χ. συνολικός βαθμός απόδοσης, συνολική εξερχόμενη και εισερχόμενη ισχύς κλπ).

Στη συνέχεια το μάθημα εξειδικεύεται εξετάζοντας βασικά και συγκεκριμένα ενεργειακά συστήματα συγκεντρωμένης ή αποκεντρωμένης παραγωγής που αφορούν σε δύο κύριες τελικές μορφές ενέργειας που καταναλώνονται από ανθρώπινες δραστηριότητες: την ηλεκτρική και τη θερμική. Έτσι εξετάζονται θέματα όπως:

• συμβατικά συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας από θερμοηλεκτρικούς σταθμούς (σύνθεση συστημάτων, ένταξη μονάδων, ευστάθεια και ασφάλεια συστημάτων, κανόνες λειτουργίας τους κλπ)
• ένταξη μονάδων μη εγγυημένης παραγωγής, κυρίως τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε.), σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας
• υβριδικοί σταθμοί Α.Π.Ε. παραγωγής ηλεκτρικής ή θερμικής ενέργειας, μικρού και μεγάλου μεγέθους, βελτιστοποίηση διαστασιολόγησής τους με διαφορετικά κριτήρια (οικονομικά ή ενεργειακά) για συγκεντρωμένη ή αποκεντρωμένη παραγωγή (π.χ. εφαρμογές στον κτηριακό τομέα)
• συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας.

Το μάθημα αποσκοπεί στην παρουσίαση βασικών και άμεσα εφαρμόσιμων στην πράξη μεθόδων βελτιστοποίησης διαστασιολόγησης ενεργειακών συστημάτων και στη σύγκριση της λειτουργίας τους με συμβατικές τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ή θερμικής ενέργειας σε μεγάλη και μικρή κλίμακα.

Το μάθημα ολοκληρώνεται στα πλαίσια του Εργαστηρίου με την παρουσίαση και τη μελέτη από τους φοιτητές διαστασιολόγησης, χωροθέτησης και προσομοίωσης ετήσιας λειτουργίας συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ή θερμικής ενέργειας. Παραδίδονται δύο με τρεις εργαστηριακές ασκήσεις.