Ο αναρρυθμιστικός ρόλος της αφαλάτωσης στο ισοζύγιο νερού-ενέργειας: Εφαρμογή στο υβριδικό σύστημα της Μήλου

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η λειτουργία συστημάτων συνδυασμένης διαχείρισης νερού και ενέργειας, που έχουν ως διεπιφάνεια μονάδες αφαλάτωσης. Οι μονάδες αυτές εξυπηρετούν υδατικές ανάγκες, καταναλώνοντας ενέργεια για την επεξεργασία και μεταφορά του νερού μέσω άντλησης. Με βάση το πρόσφατα κατασκευασμένο σύστημα του αιολικού πάρκου και της μονάδας αφαλάτωσης στο νησί της Μήλου, αναπτύσσεται ένα μοντέλο προσομοίωσης του υδατικού ισοζυγίου του νησιού σε συνδυασμό με την αξιοποίηση της πλεονάζουσας αιολικής ενέργειας που παράγεται από το αιολικό πάρκο για την ενεργειακή κάλυψη της μονάδας αφαλάτωσης.

Το μοντέλο λειτουργεί σε χρονικό βήμα μιας ώρας, με δεδομένα εισόδου χρονοσειρές ταχύτητας ανέμου, προσαρμοσμένες στα δεδομένα της Μήλου, και χρονοσειρές υδατικών αναγκών του νησιού, για το εκτιμώμενο πληθυσμό του έτους αναφοράς 2020. Το συνολικό μήκος της προσομοίωσης είναι 10 έτη και αφορά στη λειτουργία του συστήματος, χρησιμοποιώντας τα παραπάνω δεδομένα καθώς και τα πραγματικά τεχνικά χαρακτηριστικά του συστήματος αφαλάτωσης-ανεμογεννητριών. Το μοντέλο ωριαίας προσομοίωσης εφαρμόστηκε για τρεις διαχειριστικές λύσεις, που να βασίζονται σε διαφορετικές λογικές λειτουργίας του.

Η πρώτη αποτελεί το μηδενικό σενάριο αναφοράς, σύμφωνα με το οποίο η μονάδα αφαλάτωσης λειτουργεί χωρίς ενεργειακή κάλυψη από τις ανεμογεννήτριες, καταναλώνοντας ενέργεια μόνο από το δίκτυο της ΔΕΗ και αφαλατώνοντας σταθερή ωριαία ποσότητα νερού που εξαρτάται από την συνολική ημερήσια ζήτηση. Κατά τη δεύτερη λύση, η προσομοίωση βασίζεται στην αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας που παράγεται και της αντίστοιχης μέγιστης δυνατής ωριαίας ποσότητας νερού που δύναται να αφαλατωθεί καταναλώνοντας την ενέργεια αυτή. Σε αυτή την περίπτωση, το νερό που αφαλατώνεται εξαρτάται από παραγόμενη αιολική ενέργεια, η οποία μεταβάλλεται τυχαία σε κάθε χρονικό βήμα, ενώ σε περίπτωση μη κάλυψης της ζήτησης νερού καταναλώνεται επιπλέον ενέργεια από το δίκτυο της ΔΕΗ. Τέλος, στην τρίτη διαχειριστική λύση θεωρείται μια απαιτούμενη ωριαία ποσότητα νερού για αφαλάτωση, η οποία είναι σταθερή μέσα στην ημέρα και εξαρτάται από την συνολική ημερήσια ζήτηση. Για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της αφαλάτωσης χρησιμοποιείται κατά προτεραιότητα η διαθέσιμη παραγόμενη ενέργεια από τις ανεμογεννήτριες, και εφόσον δεν επαρκεί καταναλώνεται πρόσθετη ενέργεια από το δίκτυο της ΔΕΗ. Σημειώνεται ότι για τις δύο λύσεις που έχει θεωρηθεί η λειτουργία των ανεμογεννητριών, η πλεονάζουσα αιολική ενέργεια που δεν καταναλώνεται από τη μονάδα της αφαλάτωσης διατίθενται στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας.

Με βάση τα αποτελέσματα των τριών διαχειριστικών λύσεων, αξιολογήθηκε η επίδοση της λειτουργίας του συστήματος, με βάση ένα πλήθος δεικτών. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση, από την οποία προέκυψαν γενικά συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση βασικών τεχνικών χαρακτηριστικών του συστήματος (παροχετευτικότητα αντλιών, χωρητικότητα δεξαμενής πόσιμου νερού, πλήθος ανεμογεννητριών) του συστήματος, σύμφωνα με τους δείκτες αξιολόγησης που θεωρήθηκαν. Τέλος, με βάση την πιο αξιόπιστη λύση γίνεται μια βελτιστοποίηση του συστήματος ως προς συγκεκριμένους τεχνοοικονομικούς δείκτες αξιολόγησης, όπως το ποσοστό ικανοποίησης των ετήσιων αναγκών σε πόσιμο νερό και το συνολικό κόστος των έργων.