title: Βιώσιμη χωροθέτηση και εγκατάσταση μονάδων ηλιακής αφαλάτωσης στην Κρήτη

title: Sustainable siting and installation of solar desalination plants in Crete
Creators: name: Κερογλου Ιωαννης
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Ένα φαινόμενο που μαστίζει τα ελληνικά νησιά, είναι αυτό της λειψυδρίας. Η εντατικοποίησή του, οφείλεται κατά κύριο λόγο στην κλιματική αλλαγή, τον τουρισμό και τη γεωργία. Συνεπώς, απαιτείται η εύρεση άμεσων και βιώσιμων λύσεων για τη παραγωγή πόσιμου νερού, προκειμένου να εξυπηρετηθεί η αυξανόμενη ζήτηση του, χωρίς την υποβάθμιση του περιβάλλοντος και το στραγγαλισμό της οικονομίας. Ως λύση του προβλήματος, παρουσιάζονται οι μονάδες ηλιακής αφαλάτωσης, οι οποίες μπορούν να εξασφαλίσουν βιωσιμότητα στο τρόπο παραγωγής του αφαλατωμένου νερού.
     Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη της δυνατότητας βιώσιμης χωροθέτησης και εγκατάστασης μονάδων ηλιακής αφαλάτωσης στο νησί της Κρήτης. Σκοπός της μελέτης, είναι η ανάπτυξη δύο μεθοδολογιών για την χαρτογράφηση, σε πρώτο σκέλος, των διαθέσιμων και βέλτιστων θέσεων χωροθέτησης, εφαρμόζοντας μια απλοποιημένη προσέγγιση λήψης αποφάσεων πολλαπλών κριτηρίων (Multi-criteria decision making approach - (MCDM)), σε συνδυασμό με τη χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ). Σε δεύτερη φάση, προσδιορίζονται τα τεχνικά και οικονομικά χαρακτηριστικά μιας μονάδας ηλιακής αφαλάτωσης δυναμικότητας 1850 m3/d, που πρόκειται να εγκατασταθεί στη Δημοτική Κοινότητα Κουνουπιδιανών, Χανίων, για την κάλυψη της επιπλέον ζήτησης νερού την καλοκαιρινή περίοδο. Η ανάλυση της, επιτυγχάνεται με τη χρήση του λογισμικού SEDAT, μέσω του οποίου πραγματοποιούνται προσομοιώσεις 10 διαφορετικών σεναρίων σχεδιασμού. Τα σενάρια αυτά, βασίζονται σε παραμέτρους όπως η δυναμικότητα του ηλιακού θερμικού συστήματος της μονάδας και η συμμετοχή ή μη, συμβατικών καυσίμων (φυσικού αερίου) στην κάλυψη των θερμικών αναγκών  της. Παράλληλα, εξετάζεται η ενεργειακή κάλυψη της ηλεκτρικής ενέργειας, που απαιτεί η διεργασία της αφαλάτωσης, είτε μέσω σύνδεσης της μονάδας στο ηλεκτρικό δίκτυο, είτε μέσω της τροφοδοσίας της από φωτοβολταϊκό (Φ/Β) σύστημα.
     Τα κύρια ευρήματα που προέκυψαν από τη χαρτογράφηση και την τεχνο-οικονομική ανάλυση, αναδεικνύουν τη μεγάλη δυνατότητα χωροθέτησης μονάδων ηλιακής αφαλάτωσης στην ευρύτερη περιοχή της Κρήτης, κυρίως όμως στο παραλιακό της μέτωπο. Παράλληλα, απεικονίζουν το μεγάλο αποτύπωμα άνθρακα, που συνοδεύεται από τη χρήση συμβατικών καυσίμων στην κάλυψη της θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μέσω της σύγκρισης και αξιολόγησης των αποτελεσμάτων των μοντέλων προσομοίωσης, προκύπτει ότι το 8ο σενάριο σχεδιασμού θεωρείται ως το πιο κατάλληλο για εφαρμογή. Σύμφωνα με αυτό, επιτυγχάνεται παραγωγή πόσιμου νερού με κόστος χαμηλότερο από 3 €/m3 και ελάχιστες (0,64 kg CO2/m3) έως μηδενικές εκπομπές CO2. Καταληκτικά, αναδεικνύεται το πλεονέκτημα τροφοδότησης της μονάδας από Φ/Β σύστημα, έναντι της σύνδεσής της στο ηλεκτρικό δίκτυο.
     Η συγκεκριμένη εργασία, συμβάλλει στην κατανόηση του τρόπου ανάδειξης περιοχών βιώσιμης χωροθέτησης μονάδων ηλιακής αφαλάτωσης. Συνεισφέρει, παράλληλα, στη διαδικασία προσδιορισμού και αξιολόγησης σημαντικών τεχνικών και οικονομικών παραμέτρων, που πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν κατά τη μελέτη εγκατάστασης μονάδας ηλιακής αφαλάτωσης.
description: A phenomenon that plagues the Greek islands, is that of water scarcity. Its intensification is mainly due to climate change, tourism and agriculture. Therefore, it is necessary to find immediate and sustainable solutions to produce potable water, in order to serve its increasing demand, avoiding the environmental degradation and the strangulation of the economy. As a solution to the problem, solar desalination plants are presented, which can ensure sustainability in the way desalinated water is produced.
     The subject of this thesis, is the study of the potential for sustainable siting and installation of solar desalination plants on the island of Crete. The purpose of the study, is the development of two methodologies, firstly, for the mapping of the available and optimal siting areas, applying a simplified multi-criteria decision making approach (MCDM), associated with the use of Geographical Information Systems (GIS). Secondly, for the determination of the technical and financial characteristics of a solar desalination plant with capacity 1850 m3/d, which is to be installed in the Municipal Community of Kounoupidiana, Chania, in order to cover the additional water demand during the summer season. Its analysis is achieved, by using the SEDAT software to simulate ten different design scenarios. These scenarios are based on parameters, such as the capacity of plant’s solar thermal system and the participation or not, of fossil fuels (natural gas) in covering the plant’s thermal energy needs. At the same time, is examined the energy coverage of the electricity required for the desalination process, either by connecting the plant to the electrical grid, or by supplying it with energy produced by a photovoltaic (PV) system.
     The main findings raised by the mapping and the techno-economic analysis, highlight the great potential for sustainable siting of solar desalination plants in the wider region of ​​Crete, but mainly on its coastal areas. At the same time, they illustrate the large carbon footprint  that arises by using conventional fuels to cover thermal and electrical energy. Furthermore, through the comparison and evaluation of the results produced by the simulation models, the 8th design scenario is considered as the most suitable to be applied. According to this scenario, potable water production is succeeded, with a cost lower than 3 €/m3 and a few (0,64 kg CO2/m3) or zero CO2 emissions. Last but not least, the advantage of supplying the plant with electrical energy produced by a PV system, compared to its connection to the electrical grid, is highlighted.
     This study contributes to the understanding of the way to identify areas suitable for sustainable siting of solar desalination plants. At the same time, it is decisive in determining and evaluating the technical and financial parameters, that should be taken into consideration, during the study of a solar desalination plant’s installation.