title: Harnessing wave energy for the sustainable port development: a pathway to grid-independence, and air pollution minimization
title: Αξιοποίηση της κυματικής ενέργειας για τη βιώσιμη ανάπτυξη λιμένων: μια προσέγγιση προς την ενεργειακή αυτονομία και την ελαχιστοποίηση των εκπομπών αέριων ρύπων
Creators: name: Χολιδης Δημητριος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: The sustainable development and energy enhancement of ports is a crucial objective for port authorities, driven by the need to maintain and improve commercial activity while reducing environmental impacts. This diploma thesis focuses on transforming a conventional port, reliant on outdated technologies, into a modern, energy-independent facility with zero greenhouse gas (GHG) emissions. The primary emphasis is on integrating wave energy systems as a key renewable energy source and exploring their potential to enhance port sustainability. Various scenarios are tested to assess the impact of wave energy systems alone and in combination with other Hybrid Renewable Energy Systems (HRES) on the port's environmental footprint and energy independence. The study evaluates the current energy infrastructure, existing energy sources, and strategies, proposing models that incorporate wave energy converters (WECs) and energy storage systems. The analysis employs single-objective optimization using a customized Genetic Algorithm (GA) to identify optimal configurations for energy systems. Additionally, the HOMER PRO software's capabilities were enhanced through the specially developed custom Python code, enabling advanced scenario modeling and analysis tailored to the study's requirements. The reduction in GHG emissions is achieved through the installation of HRES and ESS, which decrease reliance on conventional grid energy. Through simulation and optimization algorithms, the thesis models several distinct scenarios (19), demonstrating that the existing port infrastructure is insufficient for meeting modern technological and environmental standards. This Thesis reveals that the implementation of wave energy systems, either standalone or integrated with other renewable sources, significantly lowers the Levelized Cost of Energy (LCOE). The findings suggest that HRES and particularly WECs, offer a viable pathway for achieving port sustainability and energy independence. Future research should explore additional emerging technologies to further enhance the port's energy efficiency and environmental performance.
description: Η βιώσιμη ανάπτυξη και η ενεργειακή ενίσχυση των λιμένων αποτελεί κρίσιμο στόχο για τις λιμενικές αρχές, με γνώμονα την ανάγκη διατήρησης και βελτίωσης της εμπορικής δραστηριότητας με παράλληλη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μετατροπή ενός συμβατικού λιμένα, που βασίζεται σε απαρχαιωμένες τεχνολογίες, σε μια σύγχρονη, ενεργειακά ανεξάρτητη εγκατάσταση με μηδενικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (GHG). Η κύρια έμφαση δίνεται στην ενσωμάτωση των συστημάτων κυματικής ενέργειας ως βασική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και στη διερεύνηση των δυνατοτήτων τους για την ενίσχυση της βιωσιμότητας του λιμένα. Εξετάζονται διάφορα σενάρια για να εκτιμηθεί ο αντίκτυπος των συστημάτων κυματικής ενέργειας είτε αποκλειστικά είτε σε συνδυασμό με άλλα υβριδικά συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (HRES) στην ενεργειακή ανεξαρτησία και την αυτονομία του λιμένα. Η μελέτη αξιολογεί την τρέχουσα ενεργειακή υποδομή, τις υπάρχουσες πηγές ενέργειας και τις στρατηγικές, προτείνοντας μοντέλα που ενσωματώνουν HRES καθώς και μετατροπείς κυματικής ενέργειας (WEC) και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS). Η ανάλυση χρησιμοποιεί βελτιστοποίηση ενός στόχου χρησιμοποιώντας έναν προσαρμοσμένο γενετικό αλγόριθμο (GA) για τον εντοπισμό βέλτιστων διαμορφώσεων για τα ενεργειακά συστήματα. Επιπλέον, οι δυνατότητες του λογισμικού HOMER PRO ενσωματώθηκαν στον GA μέσω του ειδικά αναπτυγμένου προσαρμοσμένου κώδικα Python, επιτρέποντας την προηγμένη μοντελοποίηση και ανάλυση σεναρίων προσαρμοσμένων στις απαιτήσεις της μελέτης. Η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου επιτυγχάνεται μέσω της εγκατάστασης HRES και ESS, τα οποία μειώνουν την εξάρτηση από τη συμβατική ενέργεια του δικτύου. Μέσω αλγορίθμων προσομοίωσης και βελτιστοποίησης, η διατριβή μοντελοποιεί διάφορα διακριτά σενάρια (19), αποδεικνύοντας ότι η υφιστάμενη λιμενική υποδομή δεν επαρκεί για την ικανοποίηση των σύγχρονων τεχνολογικών και περιβαλλοντικών προτύπων. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποκαλύπτει ότι η εφαρμογή συστημάτων κυματικής ενέργειας, είτε αυτόνομα είτε ενσωματωμένα με άλλες ανανεώσιμες πηγές, μειώνει σημαντικά το ισοσταθμισμένο κόστος ενέργειας (LCOE). Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι τα HRES και ιδιαίτερα τα WEC, προσφέρουν μια βιώσιμη οδό για την επίτευξη της βιωσιμότητας των λιμένων και της ενεργειακής ανεξαρτησίας. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να διερευνήσει πρόσθετες αναδυόμενες τεχνολογίες για την περαιτέρω βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και των περιβαλλοντικών επιδόσεων του λιμένα.