Κατάλογος Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Στεργίου Τσαρκνιά

με θέμα

Οικονομική Λειτουργία Πλοίου με χρήση Ηλεκτροπρόωσης, Μονάδων Συμπαραγωγής, Ανανεώσιμων Πηγών και Αποθήκευσης Ενέργειας
Economic Operation of Ships using Electric Propulsion, Cogeneration Units, Renewable Energy Sources and Energy Storage

Εξεταστική Επιτροπή

Αναπληρωτής Καθηγητής Φώτιος Κανέλλος (επιβλέπων)
Καθηγητής Γεώργιος Σταυρακάκης
Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Τσεκούρας (Σχολή Η.&Η.Μ., ΠαΔΑ)

Περίληψη

Τα πλοία αποτελούν κινητήρια δύναμη όσον αφορά τις μεταφορές ανθρώπων και, κυρίως, αγαθών. Το 80% των αγαθών μεταφέρονται μέσω θαλάσσης, καθιστώντας τα πλοία τη «γέφυρα» μεταξύ των χωρών παραγωγής και κατανάλωσης. Εκατομμύρια εμπορικά ταξίδια το χρόνο κουβαλούν περίπου 11 δισεκατομμύρια τόνους εμπορευμάτων και τα επιβατικά ταξίδια μεταφέρουν δεκάδες εκατομμύρια ανθρώπους. Είναι, λοιπόν, επιτακτική ανάγκη αυτές οι τόσο απαραίτητες μεταφορές να διεκπεραιώνονται με τρόπο όσο το δυνατόν πιο αποδοτικό. Η αποδοτικότητα είναι συνυφασμένη με ηλεκτρονικά συστήματα χρονοπρογραμματισμού και καθορισμού του τρόπου λειτουργίας των μηχανών του συστήματος.  Επιπλέον, η στροφή προς την ηλεκτροκίνηση δε θα μπορούσε να μην επηρεάσει και τον κλάδο της ναυτιλίας, με τρόπο, όμως, διαφορετικό από αυτόν της αυτοκίνησης. Επειδή τα πλοία χρειάζεται να πλέουν ως και για εβδομάδες χωρίς να αράξουν σε κάποιο λιμάνι, δεν είναι οικονομικά και πρακτικά βιώσιμο να υποστηριχτούν οι ανάγκες τους αποκλειστικά από σύστημα αποθήκευσης ενέργειας με τα σημερινά δεδομένα προόδου του κλάδου της αποθήκευσης. Η ηλεκτροπρόωση όμως προσφέρει μεγαλύτερους βαθμούς ελευθερίας και τη δυνατότητα για μεγαλύτερη αποδοτικότητα καυσίμου, γεγονός που μπορεί να επιτρέψει στις μηχανές να λειτουργούν βέλτιστα και πιο φθηνά.  Σε αυτή την εργασία μελετάται αρχικά η βελτιστοποίηση ενός συμβατικού πλοίου με μονάδα συμπαραγωγής όσον αφορά τη λειτουργία των μηχανών κατά τη διάρκεια του ταξιδιού. Εντοπίζονται οι «αδυναμίες» του συμβατικού συστήματος πρόωσης και αντιπροτείνεται ένα νέο σύστημα στο οποίο χρησιμοποιείται ηλεκτροπρόωση, δηλαδή η προπέλα περιστρέφεται από ηλεκτροκινητήρες. Επιπλέον εισάγεται στο σύστημα μια μονάδα αποθήκευσης ενέργειας μέσω μπαταριών και μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω φωτοβολταϊκών. Τέλος μελετώνται διάφορα σενάρια ταξιδιών και γίνεται σύγκριση ανάμεσα στο συμβατικό και το ηλεκτροπροωθούμενο πλοίο, αλλά και ανάμεσα στις πρακτικές που χρησιμοποιούνται στα σενάρια αυτά.

Abstract 

Ships are a driving force in the transport of people and, above all, goods. 80% of commodities are transported by sea, making ships the "bridge" between producing and consuming countries. Millions of commercial voyages a year carry about 11 billion tons of goods, and passenger voyages carry tens of millions of people. It is therefore imperative that these much-needed transfers are handled as efficiently as possible. Efficiency is interwoven with electronic systems for scheduling and determining how the system's engines operate. The shift towards electrification could not fail to affect the shipping sector as well, but in a different way from that of automobiles. Because ships need to sail for up to weeks without docking at a port, it is not economically and practically viable to support their needs solely by an energy storage system with today's advances in the storage industry. But electric propulsion offers greater degrees of freedom and the potential for greater fuel efficiency, which can allow engines to run optimally and more cheaply. In this thesis, the optimization of a conventional ship with a cogeneration unit in terms of engine operation during the voyage is first studied. The "weaknesses" of the conventional propulsion system are identified and a new system in which electro-propulsion is used, i.e. the propeller is rotated by electric motors, is counter-proposed. In addition, an energy storage unit with batteries and an electricity production unit using photovoltaics are introduced into the system. Finally, various travel scenarios are studied and a comparison is made between the conventional and the electric powered ship, but also between the practices used in these scenarios.