"Πλατφόρμα Επικοινωνιών Ασύρματων δικτύων Αισθητήρων βασισμένη σε ευέλικτη και ανθεκτική πύλη δικτύου μεταφερόμενη από μη-επανδρωμένο πτητικό μέσο για την προστασία κρίσιμων υποδομών"

Οι τυπικοί κόμβοι σε ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων έχουν περιορισμούς όσον αφορά την διαθέσιμη ενέργεια και τους υπολογιστικούς πόρους. Συνεπώς εκπέμπουν τα δεδομένα τους σε έναν τοπικό
κόμβο-διακομιστή στον οποίο γίνεται η συλλογή, επεξεργασία και προώθηση προς άλλες τοπολογίες δικτύων. Ένας διακομιστής του διαδικτύου των πραγμάτων αποτελεί σημείο μοναδικής αστοχίας του συστήματος, μιας και αποτελεί τον μοναδικό σύνδεσμο προς το διαδίκτυο. Ένας διακομιστής βασισμένος σε πλατφόρμα μη επανδρωμένου αεροσκάφους, ο οποίος να υποστηρίζει όλες τις τεχνολογίες συνδεσιμότητας θα μπορούσε να αντικαταστήσει επαρκώς μη λειτουργικές υποδομές διακομιστών σε απομακρυσμένες τοποθεσίες. Για την υλοποίηση αυτή, απαιτείται εξέταση όλων των διαθέσιμων σχετικών τεχνολογιών, πρωτοκόλλων, επιλογών υλικού και αρχιτεκτονικών που αφορούν ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και μη επανδρωμένα αεροσκάφη, σε συνδυασμό με σχετικές εξομοιώσεις μοντέλων. Τα δεδομένα των εξομοιώσεων για βελτιστοποίηση του συστήματος θα χρησιμοποιηθούν για την τελική υλοποίηση της προτεινόμενης πλατφόρμας διακομιστή σε μη επανδρωμένο αεροσκάφος.

"ΕΡΕΥΝΑ ΒΕΛΤΙΣΤΗΣ ΤΕΧΝΟ-ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗΣ ΛΥΣΗΣ ΜΕ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΑΝΑΛΥΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΙΠΤΟΜΕΝΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΕΡΓΑ ΑΠΕ ΣΕ ΝΗΣΙΩΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ"

Οι αλλαγές των πρώτων δεκαετιών του 21^ου αιώνα στην παγκόσμια ενεργειακή πολιτική, όπως αντανακλάται στις αποφάσεις των διεθνών συνόδων για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής αλλά και στην ενεργειακή πολιτική της Ευρωπαϊκής Ένωσης και κατά συνέπεια της χώρας μας η οποία προσαρμόζεται σ’ αυτήν, δηλώνουν τη σαφή κατεύθυνση προς τις μελλοντικές κοινωνίες χαμηλού άνθρακα με την υποχρεωτική υποκατάσταση μεγάλων ποσών ρυπογόνου ενέργειας από καθαρή ενέργεια προερχόμενη από ΑΠΕ καθώς και σημαντική διείσδυση του ηλεκτρισμού στην τελική κατανάλωση. Όμως, η ένταξη μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ δεν θα γίνει πραγματικότητα αν δεν αντιμετωπιστούν τα τεχνικά προβλήματα που προκύπτουν από την υφιστάμενη δομή των δικτύων διανομής της, ιδιαίτερα των μη διασυνδεδεμένων, και πολύ περισσότερο αν δεν ενταχθεί στα μελλοντικά δίκτυα η δυνατότητα της αποθήκευσής της ως αδιαχώριστο στοιχείο τους.

Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα νησιού του Αιγαίου Πελάγους, στο οποίο μόνο το 2015 συνέβη απόρριψη ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 5GWh από δύο Αιολικά Πάρκα ισχύος 9MW λόγω των τεχνικών ορίων του Τοπικού Ενεργειακού Συστήματος .

Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας πρόκειται να διερευνηθεί η δυνατότητα της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας να συμβάλλει στην αύξηση της διείσδυσης της Ανανεώσιμης Ενέργειας στα νησιωτικά δίκτυα. Για την διεξαγωγή της, ως νησί - μοντέλο θα ληφθεί ένα νησί μεσαίου μεγέθους του Αιγαίου Πελάγους.  

Η έρευνα θα χωρίζεται σε δύο τμήματα:

α) Μέσω της προσομοίωσης του ενεργειακού συστήματος του νησιού θα εξεταστεί η δυνατότητα ελαχιστοποίησης των απορρίψεων Ανανεώσιμης Ενέργειας λόγω των τεχνικών περιορισμών του Ηλεκτρικού Συστήματος του νησιού με την εισαγωγή σ’ αυτό συσσωρευτών ως αποθηκευτικό μέσο της ηλεκτρικής ενέργειας

β) Σε δεύτερο επίπεδο, θα αναζητηθεί το βέλτιστο μίγμα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας σε συνδυασμό με τον κατάλληλο συνδυασμό αποθηκευτικών μέσων και μονάδων συμβατικών καυσίμων καθώς και η ευαισθησία του μίγματος αυτού στη ζήτηση φορτίου, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη διείσδυση Ανανεώσιμης Ηλεκτρικής Ενέργειας από Φωτοβολταϊκές Γεννήτριες και Ανεμογεννήτριες.  

"INVESTIGATION ON THE OPTIMAL TECHNO-ECONOMIC SOLUTION FOR THE STORAGE OF ELECTRICAL ENERGY CURTAILMENTS OF RES PROJECTS IN GREEK NON-INTERCONNECTED ISLANDS"

In 21^st century major energy policy changes declare the explicit direction of societies towards the low carbon era. Particular emphasis is given in electrical energy production using renewable energy sources.  In this direction, inter alia, huge electricity quantities produced by traditional and polluting production units must be replaced by the green energy of Wind Generators, Photovoltaic Plants and other RES Units. 

However, embodiment of big quantities of intermittent energy in Energy Systems brings about remarkable problems in its absorption due to technical limitations of Transmission and Distribution networks especially in isolated Energy Systems such that of the Greek Islands. A characteristic case is that of Lesvos Island where 5GWh of electrical energy was not absorbed by the network from two wind farms of 9MW installed capacity in 2015. A method that could contribute to face with the problem of power rejections is, as it is universally acknowledged, the integration of Energy Storage Systems in networks.

In the context of the proposed research the possibility of Storage, especially in the electrochemical form, to contribute to the Renewable Energy increase in Greek isolated Islands will be investigated. Lesvos Island will be used as the model of the research.

The research will consist of two parts:

1. i) Modelling the operation of existing energy system of the Island the possibility of minimization of renewable energy rejections will be investigated through the integration of Battery Storage System

ii) In a second level the optimized mix of Renewables in combination with the most suitable type or types of Battery Storage Technology and traditional generators, as well as, the sensitivity of this mix to future Demand differentiations will be investigated focusing on the maximization of Renewable Energy’s contribution in Demand together with the minimization of operational System cost.  

"Synthesis and characterization of multilayered materials of variable resistance used as low voltage surge filter"

ZnO based ceramics, modified with metal oxides like Bi₂O₃, MnO, Co₃O₄, exhibit high non-linearity in their characteristic current-voltage (I-V) curve and are known as variable resistors, varistors. Varistors find application in protection of electronic and electrical system arrays that are fed by the power network at 220V against unwanted pulses of overvoltage or overcurrent to the grid.

In practice, under normal operation voltages, varistor operates as a resistor but under higher voltages than the normal ones, it operates as a conductor. The transition from resistors’ to conductors’ phase is determined to each varistor by its breakdown voltage value (V_br). This property, combined with the parallel connection of the varistor to the system array, permits to drain off any unwanted pulse to the ground. 

Current technology in computing and telecommunication systems is based on Very Large Scale Integrated Circuit, VLSI. In order to minimize power consumption, the majority of modern systems operate at low voltages, in the order of few Volts. Such low voltages are typical also in LED technology. In order to protect these low power consumption systems it is necessary to design varistors operating at low voltages.

The non-linearity of varistors is attributed to the development of voltage barriers between boundaries of adjacent ZnO grains with different orientation.  Every interface at the ceramics polycrystalline ZnO varistors is well known that is characterized by a breakdown voltage equal to 3V. In particular, composite multi-layered materials based on single ZnO crystals, like ZnO/glass/ZnO showed a 3V breakdown voltage and are suitable for the protection of low power consumption systems. The initial role of the intermediate glass layer was to improve the mechanical stability of the final device. However, the systematic correlation between the ZnO/glass/ZnO varistor with the structural and dynamic properties of the glass is still lacking.

The proposed thesis focuses on the preparation and characterization of multilayered ZnO/glass/ZnO varistors with emphasis on the correlation between the structural and dynamic properties of the intermediate glass layer and the electrical properties of the varistor. To this aim, at the beginning a systematic study of borate glasses, doped with metal oxides, like xMnO-(1-x)B₂O₃ και xCo₃O₄-(1-x)B₂O₃, will be performed in the available glass forming range. Samples will be prepared in bulk and cylindrical forms.

Bulk samples will be used for infrared and Raman spectroscopic measurements in order to investigate the glass structure. These two techniques are complementary in the sense that the first one is sensitive to the asymmetric vibrational modes of the structural entities of the glassy network while the second to the symmetric ones.  Thus, their combination allows a detail mapping of the borate backbone, in terms of the borate polyhedral as a function of the chemical composition.

Dynamic properties of the glasses will be studied as a function of the chemical composition through impedance and far-infrared spectroscopies. Far-infrared spectra provide valuable information on the cation hosting environments provided by the borate network. On the other hand, dielectric spectra reveal dynamic properties of cations, i.e. their dc conductivity and activation energy values.

Next, multilayered ZnO/glass/ZnO varistors will be prepared by sintering. Varistors will be investigated by measuring their I-V curves at different temperatures and by calculating their breakdown voltage and non-linear exponent. The detailed knowledge of the structural and dynamic properties of glasses will be correlated with the characteristics of the varistors aiming at the identification of the most prominent glass compositions that lead to varistors with the best non-linear properties.

As a final step, varistors with optimal characteristics will be tested in real conditions in device forms. Such tests will be critical in identifying the life cycle of the devices, their reproducibility, their time response as well as their possible ageing.