Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/4041
Title: Τεχνολογία και συνδυασμένα συστήματα παραγωγής υδρογόνου
Authors: Λάμπρου, Ευάγγελος
Σιάκουλης, Ορέστης
Issue Date: 2011-01-11T07:15:02Z
Keywords: Υδρογόνο
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Keywords (translated): Hydrogen
Renewable energy sources
Abstract: Ήδη από τις αρχές του 1950 έκανε δειλά την εμφάνισή του, με μορφή φιλοσοφικού στοχασμού το ενεργειακό πρόβλημα. Παρά το γεγονός ότι το 1950 τα εκτιμώμενα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα είχαν επάρκεια 20 χρόνων, επικρατούσε κάποια νηφαλιότητα σε σχέση με την ενεργειακή τροφοδότηση. Με την εμφάνιση της ενεργειακής κρίσης του 1973 άρχισε και η συνειδητοποίηση του ενεργειακού προβλήματος. Μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική αντιμετώπισης του ενεργειακού προβλήματος είναι η εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για συνδυασμένη παραγωγή ενέργειας και υδρογόνου. Αυτή η οικονομία «καθαρής ενέργειας»-υδρογόνου, στοχεύει στην όσο το δυνατόν συντομότερη αντικατάσταση των συμβατικών ορυκτών καυσίμων από το υδρογόνο. Τα οφέλη θα είναι πολλαπλά. Ενεργειακή αυτάρκεια, οικονομική απεξάρτηση από την οικονομία των υδρογονανθράκων, ενεργειακή αποκέντρωση και προστασία του περιβάλλοντος. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τις εξελίξεις στην τεχνολογία του υδρογόνου, ως φορέα ενέργειας, την συνδυασμένη παραγωγή του από συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τις προοπτικές που ανοίγονται στο μέλλον από την οικονομία υδρογόνου. Στοχεύουμε η διπλωματική αυτή να είναι ακόμα μια ενίσχυση στις στρατηγικές για ταχύτερη ενεργειακή απεξάρτηση από τους υδρογονάνθρακες και την είσοδο σε μια οικονομία καθαρής ενέργειας. Η διπλωματική εργασία απευθύνεται σε άτομα τα όποια αναζητούν μια συνολική εικόνα των τεχνικών λύσεων στην τεχνολογία υδρογόνου και την συνδυασμένη παραγωγή του από συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται γενικά στοιχεία για το υδρογόνο. Παρουσιάζεται η ιστορική διαδρομή της ανακάλυψης και της τεχνολογικής έρευνας του υδρογόνου και αναλύονται οι φυσικές και χημικές του ιδιότητες. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται συνοπτικά η χρησιμοποίηση του υδρογόνου ως φορέα ενέργειας και γίνεται μια πρώτη προσέγγιση στην οικονομία του υδρογόνου. Συνοπτικά παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα, τα μειονεκτήματα και οι τομείς που η έρευνα για το υδρογόνο εξελίσσεται. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται και αναλύονται όλες οι εφαρμοσμένες αλλά και μελλοντικές μέθοδοι για την παραγωγή υδρογόνου. Αφού γίνει μια αναλυτική αναφορά στις μεθόδους παραγωγής από τους υδρογονάνθρακες, το τρίτο κεφάλαιο επικεντρώνεται κυρίως σε καθαρούς και καινοτόμους τρόπους παραγωγής υδρογόνου, όπως η ηλεκτρόλυση, η αναμόρφωση βιομάζας, η φωτοβιολογική και φωτοχημική παραγωγή. Στο τέλος του κεφαλαίου δίνεται μια σύγκριση κόστους μεταξύ των τρόπων παραγωγής υδρογόνου. Το τέταρτο κεφάλαιο είναι μια ανάλυση των εφαρμοσμένων τρόπων αποθήκευσης και μεταφοράς του υδρογόνου. Διακρίνονται οι τρεις βασικές μέθοδοι αποθήκευσης και μεταφοράς υδρογόνου: α) ως συμπιεσμένο αέριο, β) ως υγρό, γ) ως στερεό. Στη συνέχεια συγκρίνονται οι μέθοδοι ως προς την ασφάλεια, την χρησιμότητα, τις τεχνικές δυσκολίες και το κόστος. Τέλος γίνονται κάποιες προτάσεις για μελλοντική εξέλιξη και βελτίωση αυτών των μεθόδων. Στο πέμπτο κεφάλαιο εκθέτεται μια αναλυτική αναφορά στην χρησιμοποίηση του υδρογόνου για παραγωγή ενέργειας. Περιγράφονται τα κύτταρα καυσίμου, η αρχή λειτουργίας του και οι εφαρμογές τους. Στη συνέχεια αναπτύσσεται η λειτουργία των μηχανών εσωτερικής καύσης με υδρογόνο ως καύσιμο. Περιγράφονται επίσης οι κινητήρες υδρογόνου των πυραύλων και οι προοπτικές για την μετατροπή των τουρμπίνων των αεροπλάνων ώστε να δέχονται ως καύσιμο υδρογόνο. Τέλος μελετάται η σύνδεση των κυττάρων καυσίμου με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Το έκτο κεφάλαιο κάνει μια εισαγωγή στα δυο βασικά συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και στη συνέχεια αναπτύσσει τη δυνατότητα να συνδυαστούν για παραγωγή υδρογόνου. Συγκεκριμένα αναπτύσσει το αιολικό και το ηλιακό σύστημα και προχωράει στην ανάλυση των υβριδικών αντίστοιχων συστημάτων για παραγωγή υδρογόνου. Αναφέρει και κάποια πειραματικά δεδομένα πάνω στην εφαρμογή των υβριδικών συστημάτων και τις προοπτικές βελτίωσής τους. Αναλύει τις προοπτικές για την Ελλάδα σε αυτόν τον τομέα και αναφέρει τις κινήσεις και τις εφαρμογές που γίνονται προς αυτή την κατεύθυνση. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται τα γενικά συμπεράσματα και γίνεται μια περιληπτική γεωπολιτική μελέτη γύρω από την οικονομία του υδρογόνου και τις προοπτικές της.
Abstract (translated): Already from the beginning of 1950 energy problem, made its appearance slowly, first as a philosophical thought. Although the fact that in 1950 the estimated exploited reserves had sufficiency for 20 years, there was some soberness about the energy supplying. By the appearance of energy crisis in 1973, began the awareness of the energy problem. One promising strategy to solve the energy problem is to exploit the renewable energy sources for combined production of energy and hydrogen. This “clean energy”-hydrogen economy, targets in the replacement of the conventional mineral fuels, as soon as possible. The benefits are multiple such as energy sufficiency, economical independence from hydrocarbons economy, economic decentralization and protection of the environment. The purpose of this work is to present the evolutions in hydrogen technology, as an energy carrier, the combined production of hydrogen from systems of renewable energy sources and the perspectives which will be opened in the future from hydrogen economy. We seek this work to be one more aid to the strategies for faster economical independence from hydrocarbons and the entrance into a clean energy economy. This work is addressed to the people who search a total image of the technical solutions in hydrogen technology and its combined production from the systems of renewable energy sources. In the first chapter general information for hydrogen are reported. The historical route of the discovery and the technological investigation is being presented and hydrogen’s physicals and chemicals attributes are being analyzed. In the second chapter it is described concisely, the utilization of hydrogen as energy carrier and one first approach in hydrogen economy is being tried. Concisely they are presented the advantages, the disadvantages and the sectors in which the investigation of hydrogen is being developed. In the third chapter are being developed and analyzed all the applied and future methods of hydrogen production. After an analytical report in hydrogen production methods from hydrocarbons, the third chapter is centralized basically in clean and innovator ways of hydrogen production, like electrolysis, biomass reformation, photo biological and photochemical production. In the end of the chapter it’s given one cost’s comparison between the hydrogen production ways. The forth chapter is an analysis of the applied ways of hydrogen storage and transportation. The three basic methods of hydrogen storage and transportation are being distinguished: a) as compressed gas, b) as liquid, c) as solid. In continuity these methods are compared to the security, the usefulness, the technical difficulties and the cost. At last they are being made some propositions for future evolution and improvement of these methods. In the fifth chapter it‘s being exhibited an analytic report for the use of hydrogen in energy production. The fuel cells, their principle of operation and their application are described in this chapter. In continuity it is developed the operation of hydrogen internal combustion engines. Also they are described the hydrogen engines of spacecrafts and the prospects for the transformation of airplane’s turbines, so to take hydrogen as fuel. At last it is studied the connection of fuel cells with the electrical energy net. The sixth chapter makes an introduction in the two basic systems of renewable energy sources and in continuity it develops the possibility of them to be combined for hydrogen production. Concretely it develops the wind and the solar system and it continues to the analysis of the corresponding hybrid systems for hydrogen production. It reports also some experiments data at applications of the hybrid systems and it presents their prospects for improvement. It analyses the prospects in Greece at this sector and it reports the movements and the applications which are being done at this direction. Lastly at the seventh chapter are mentioned the general conclusions and one comprehensive geopolitical analysis is being made, about the hydrogen economy and its prospects.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Texnologia ydrogonou.pdf5.21 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.