title: Σχεδιασμός βιώσιμου νησιού, μέσω της πρόβλεψης του ενεργειακού προφίλ, Νήσος Μήλος 
title: Sustainable island design, based on energy forecasting, Milos island

Creators: name: Βηχος Εμμανουηλ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Η ενεργειακή αναβάθμιση των νησιών διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στα πλαίσια του παγκόσμιου στόχου βιώσιμης ανάπτυξης, καθώς προϋποθέτει ταυτόχρονα τον εκσυγχρονισμό στη παραγωγή ενέργειας, καθώς επίσης και την εξάλειψη του οικολογικού αποτυπώματος της διαδικασίας. Όμως, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί ότι η εξάλειψη των αέριων ρύπων θα επιτευχθεί λαμβάνοντας υπόψη τους παράγοντες οικονομικής ευφορίας και κοινωνικής αποδοχής. Στη συγκεκριμένη μεταπτυχιακή διατριβή μελετήθηκε η προοπτική αναβάθμισης ενός νησιού μικρού μεγέθους, το οποίο βασίζεται στην καύση ορυκτών καυσίμων για να καλύψει τις ενεργειακές του ανάγκες. Αρχικά, συλλέχθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα για την περιοχή από την ιστοσελίδα της NASA, καθώς και τα αντίστοιχα εκτιμώμενα για το έτος 2030, μέσω του λογισμικού Meteonorm. Έπειτα, έγινε συλλογή ωριαίων δεδομένων ενεργειακής κατανάλωσης για το νησί, ώστε να προσδιοριστεί το μελλοντικό του ενεργειακό προφίλ, μέσω της χρήσης μοντέλων πρόβλεψης στο λογισμικό Matlab. Έπειτα, τα δεδομένα αξιοποιήθηκαν από το λογισμικό βελτιστοποίησης Homer-PRO, για τη μοντελοποίηση και την προσομοίωση 7 διαφορετικών σεναρίων, αποσκοπώντας στην εύρεση της βέλτιστης λύσης για την επίτευξη αειφόρου ανάπτυξης. Οι βασικές ρυθμιστικές παράμετροι για τη μοντελοποίηση των σεναρίων αφορούν την πηγή παραγωγής ενέργειας (φωτοβολταϊκά πάνελ, ανεμογεννήτριες) και την αξιοποίηση συστημάτων αποθήκευσης της παραχθείσας περίσσειας ενέργειας. Μέσω της προσομοίωσης και της σύγκρισης των συστημάτων κάθε σεναρίου, καθίσταται σαφής η ανάγκη αναβάθμισης του τρέχοντος συστήματος, το οποίο δε συνάδει με την τεχνολογική πρόοδο και τις ανάγκες τις εποχής. Επιπλέον, προσδιορίστηκε η βέλτιστη λύση για την εξασφάλιση βιώσιμης ανάπτυξης στην περιοχή μελέτης, η οποία προϋποθέτει το συνδυασμό διαφορετικών πηγών ανανεώσιμης ενέργειας, καθώς και χρήση συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας για την εξασφάλιση ενεργειακής αυτονομίας. Συγκεκριμένα, απεδείχθη πως το βέλτιστο προτεινόμενο σενάριο εξασφαλίζει πλήρη εξάλειψη του οικολογικού αποτυπώματος της περιοχής, ενώ παράλληλα μειώνεται δραστικά το ισοδύναμο κόστος ενέργειας (κατά 0,182€/kWh). Μέσω της διεξαγωγής ανάλυσης ευαισθησίας, εξετάστηκε η ευστάθεια του συστήματος σε ενδεχόμενες μεταβολές, φανερώνοντας ότι η μειωμένη ταχύτητα ανέμου ή/και η αυξημένη ισχύς λειτουργίας δύνανται να μεταβάλουν σημαντικά το σύστημα, σε αντίθεση με την μειωμένη πυκνότητα ηλιακής ισχύος (μέτρια μεταβολή) και την επιβολή περιβαλλοντικού προστίμου ρύπων (αμελητέα μεταβολή). Τέλος, αναφέρονται ενδεικτικές προτάσεις προς μελλοντική έρευνα.
description: The islands’ energy enhancement is a vital global goal to achieve sustainable development, as it simultaneously requires the energy production’s modernization, as well as the ecological footprint’ elimination of the process. But it is essential to ensure that the elimination of air pollutants is accomplished by reckoning in the sectors of economic euphoria and social acceptance. In this master's thesis, the prospect of upgrading a small-sized island, which relies on fossil fuels’ burning to cover its energy needs, was examined. Initially, meteorological data for the region were collected from the NASA website, as well as the corresponding estimates for the year 2030, through the Meteonorm software. Then, hourly energy consumption data was collected for the island, in order to determine its future energy profile, through the use of prediction models in Matlab software. The data was then used by Homer-PRO optimization software to model and simulate 7 different scenarios, aiming to find the optimal solution to achieve sustainable development. The main regulatory parameters for scenarios’ modeling concern the source of energy production (photovoltaic panels, wind turbines) and the utilization of storage systems for the excess generated energy. Through the simulation and comparison of each scenario’s system, the need to upgrade the current system was proven, as it is not in line with technological progress and the needs of the times. In addition, the optimal solution was determined, to ensure sustainable development in the case-study area, requiring the combination of different renewable energy sources, as well as the use of energy storage systems, to ensure energy autonomy. Specifically, the optimal proposed scenario ensures complete elimination of the region’s ecological footprint, while at the same time drastically reducing the levelized cost of energy (by €0.182/kWh). A sensitivity analysis was conducted, to evaluate the system’s stability to potential changes, showing that reduced wind speed or/and increased power demand can significantly change the system, in contrast to reduced solar power density (moderate change) and the imposition of an environmental penalty for pollutants (negligible change). Finally, indicative suggestions for future research are mentioned.