Ανάλυση λειτουργίας συστήματος με αποθήκευση θερμικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας και αξιολόγηση της επίδρασής του στη βιωσιμότητα μιας τοπικής ενεργειακής κοινότητας
Authors: Παπατσούνης Αδαμάντιος 
Published: July 2023

Ένας από τους πιο κρίσιμους παράγοντες για την επιτυχή ενεργειακή μετάβαση και την ενσωμάτωση των ανα-νεώσιμων πηγών ενέργειας στον υφιστάμενο ενεργειακό χάρτη είναι η συμμετοχή των πολιτών. Οι τοπικές ενερ-γειακές κοινότητες (EK), οι οποίες είναι ενεργειακοί συνασπισμοί πολιτών με στόχο τη μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος στον κτιριακό τομέα, τυγχάνουν αυξανόμενης προσοχής την τελευταία δεκαετία. Αυτό συμβαίνει επειδή ο κτιριακός τομέας αντιπροσωπεύει σχεδόν το ήμισυ της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται πα-γκοσμίως (40%), με το 25% αυτης να καλυπτει αναγκες ηλεκτρικής ενέργειας. Το υπόλοιπο ηχηρό 75% του, χρησιμοποιείται για κατανάλωση θερμικής και ψυκτικής ενέργειας καθώς και κάλυψη αναγκών ζεστού νερού χρήσης. Ωστόσο, η κύρια εστίαση της βιβλιογραφίας παγκοσμίως μέχρι σήμερα είναι ρητά εστιασμένη στις ηλε-κτρικές ΕΚ (electrical local energy communities – ELECs), παρά το γεγονός ότι η σημαντική αύξηση των τιμών του φυσικού αερίου και του πετρελαίου, δημιουργεί αστάθεια στις τιμές θέρμανσης και ψύξης. Στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής παρέχεται αρχικά τόσο μία ολοκληρωμένη επισκόπηση του ερευνητικού πεδίου σχετικά με τις θερμικές ΕΚ (thermal local energy communities – TLECs) χρησιμοποιώντας λεπτομερείς ανασκοπήσεις βιβλιογραφίας και βιβλιομετρική ανάλυση (λογισμικό VOS viewer – 2ο και 3ο Κεφάλαιο) όσο και ένα συστηματι-κό εργαλείο σχεδιασμού θερμικών ΕΚ (5ο Κεφάλαιο). Τα αποτελέσματα της βιβλιογραφικής επισκόπησης κατα-δεικνύουν συλλογική έλλειψη βιβλιογραφίας στον τομέα των ΕΚ θερμικής/ψυκτικής ενέργειας, παρά την εντεινό-μενη συμμετοχή τους στην ενεργειακή μετάβαση. Παρατηρείται επίσης σημαντική έλλειψη οδηγιών, ερευνητικού υποβάθρου και εφαρμογών, εθνικών πρωτοβουλιών και εργαλείων σχεδιασμού ειδικά για τη δημιουργία, ανά-πτυξη και συντήρηση TLECs (4ο Κεφάλαιο) που ενσωματώνουν συστήματα παραγωγής, αποθήκευσης και δια-νομής θερμικής/ψυκτικής ενέργειας.Στο πλαίσιο έλλειψης συστηματικού εργαλείου σχεδιασμού ΕΚ, η παρούσα διδακτορική διατριβή προ-τείνει ένα ολιστικό, ενιαίο, μαθηματικώς ορισμένο και ανθρωποκεντρικά προσανατολισμένο εργαλείο σχεδια-σμού. Το προτεινόμενο εργαλείο χωρίζεται σε τρία επίπεδα, το 1ο Επίπεδο προτείνει μια υβριδική προσέγγιση για την ταξινόμηση των παραγωγαναλωτών (καταναλωτές που παράγουν και καταναλώνουν ενέργεια) αναβαθμί-ζοντας υφιστάμενες μεθοδολογίες (RenewIslands, Kaya Identity) με χρήση αλγορίθμων ομαδοποίησης, στατι-στικών κατανομών και ασαφών συνόλων. Εφαρμόζοντας το προτεινόμενο εργαλείο, παρουσιάζεται μια μελέτη περίπτωσης σχεδιασμού μίας πλήρως λειτουργικής ΕΚ στα Κιμμέρια, Ξάνθης (6ο Κεφάλαιο). Το 2ο και το 3ο Επίπεδο αναφέρονται στη διαστασιολόγηση και οικονομική αξιολόγηση του κατανεμη-μένου ενεργειακού συστήματος που θα καλύψει τις θερμικές και ψυκτικές ανάγκες του 1ου Επιπέδου. Το 2ο Επί-πεδο εξυπηρετεί στο σχεδιασμό υπερδομής της ΕΚ, όπου μέσω της χρήσης πινάκων αληθείας διερευνώνται υβριδικοί συνδυασμοί επιλεγμένου εξοπλισμού, η αλληλεπίδρασή τους για ανταπόκριση στα φορτία θέρμανσης και ψύξης, ο τελικός σχηματισμός της υπερδομής και η παράθεση του υδραυλικού ισοδυνάμου της. Στο 3ο Επί-πεδο γίνεται η οικονομική αξιολόγηση της προτεινόμενης υπερδομής. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν σημαντι-κή βελτίωση σε σχέση με τις συμβατικές λύσεις, οι οποίες τείνουν να υπερεκτιμούν τον απαραίτητο εξοπλισμό, οδηγώντας σε εκτεταμένο κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας.